УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕПОЛИМЕРИЗАЦИИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК B29B17/00 B01J19/10 

Изобретение: относится к области органической химии, конкретно к конструкции установки для деполимеризации высокомолекулярных соединений с помощью ультразвука. Изобретение может найти применение в производстве дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), полисахаридов, белков и других аналогичных высокомолекулярных соединений, в частности в производстве лекарственных препаратов, особенно в случае получения стерильных субстанций.

Несмотря на огромное количество публикаций и работ по применению ультразвука в различных областях промышленности, специальных устройств для деполимеризации и обработок материалов в стерильных условиях практически нет ("ULTRASOUND, its Chemical, Physical, and Biological Effects" VCH Pubi. inc. 1988 на с. 128 приведен чертеж устройства для периодического озвучивания образца в охлаждающей бане; "Critical Reports on Applied Chemistry", vol.28, "Chemistry with Ultrasound", Ed. T.J.Matson, L. N.Y. SCl, 1990, переведенный на русский язык как Т.Мейсон, Дж.Линдли, Р.Дэвидсон и др. Химия и ультразвук, М. Мир, 1993) имеется специальная глава, посвященная технологии ультразвуковых обработок. Во всех приведенных случаях используют ультразвуковую обработку в виде чистящей ванны или ультразвукового зонда, однако и там устройств для таких специфических условий не обнаружено.

Известна установка для деполимеризации ультразвуком высокомолекулярной ДНК на фрагменты с заданной молекулярной массой, сохраняющие нативную структуру ДНК. Конструкция установки состоит так же из открытой ванны, в дно которой вмонтирован магнитострикционный преобразователь, подключенный к генератору ультразвука. Система охлаждения выполнена в виде трубчатого теплообменника. Толщина обрабатываемого слоя до 70 мм в зависимости от частоты ультразвука. Объем одновременно обрабатываемого раствора 1,5 7 л, время обработки 10 80 мин, частота кГц (патент России N 2005724, кл. C 07 H 21/04, 1994).

Недостатками известной конструкции является необходимость загрузки и выгрузки обрабатываемого материала, визуальное определение толщины слоя, неравномерность обработки по всей площади и глубине ванны, что создает так называемые "мертвые зоны" т.к. существует зазор между краем пластины магнитостриктера и стенкой ванны, в конструкции ванны отсутствуют перемешивающее устройство, не исключая возможность инфицирования раствора микроорганизмами.

Известно устройство для облучения ультразвуком вируссодержащих и микробных взвесей (авт. св. СССР N 191059, кл. A 61 K 41/00, 1967), представляющее собой стеклянный тороидальный запаянный сосуд с радикальными перегородками, в который помещают озвучиваемый материал в количестве не более чем на 2/3 объема, сосуд закреплен на оси, механически связанный с электродвигателем, сосуд помещен в ванну с охлаждающей жидкостью. Источник ультразвука помещается под сосудом (прототип).

Недостатками известного устройства являются:
возможность использования только в лабораторных условиях;
большие затраты времени для подготовки (изготовление тора, его стерилизация, внесение озвучиваемого материала, его запаивание);
невозможность создания непрерывного процесса;
недостаточная производительность установки;
относительная трудность масштабирования процесса;
попадание пузырьков воздуха в озвучиваемый раствор, что может приводить к потере нативности обрабатываемого вещества.

техническим результатом изобретения является создание устройства для деполимеризации высокомолекулярных соединений любого уровня организации производства от лабораторного до промышленного, минимизация ручных операций, контроля степени озвучивания и автоматизации процесса, создание условий для равномерного озвучивания всего обрабатываемого материала.

Технический результат достигается тем, что магнитострикционный преобразователь и система охлаждения объединены в единую закрытую камеру, имеющую в нижней части распределитель, в верхней коллектор потока обрабатываемого материала, что создает режим идеального вытеснения без застойных зон. В установке такой конструкции обеспечивается равномерная обработка раствора за счет подачи его с одинаковой скоростью по всей площади пластины преобразователя.

На фиг. 1: 1 патрубок входа охлаждающей воды; 2 патрубок выхода охлаждающей воды; 3 патрубок входа обрабатываемого раствора; 4 патрубок выхода обработанного раствора; 5 прижимные пластины; 6 излучающая пластина; 7 кожух излучающей катушки; 8 нижний распределитель потока обрабатываемой жидкости; 9 верхний коллектор обработанный жидкости; 10 - рама камеры охлаждения.

Примеры вариантов осуществления процесса приведены на фиг. 3.

На фиг. 2 представлено целиком устройство для деполимеризации, на котором: 1 магнитострикционный преобразователь, охлаждаемый водой; 2 - промежуточная емкость (с перемешиванием); 3 насос; 4 сборник; 5 - трехходовой кран; 6 генератор ультразвука. Необходимый объем рабочего раствора передается через магистраль в емкость 4, затем из емкости 4 жидкость насосом подается к магнитострикционному преобразователю 1.

В случае необходимости озвучивания больших объемов возможна установка промежуточной емкости 2 с мешалкой. При этом озвучиваемый раствор циркулирует до достижения необходимой степени деполимеризации путем переключения трехходовых кранов 5. Обрабатываемый раствор сливается в емкость 4. Возможно также при масштабировании использовать каскад магнитострикционных преобразователей.

Предлагаемая оптимальная конструкция позволяет проводить все операции с помощью одного насоса. На фиг. 3 представлены конструкции магнитострикционных преобразователей: 1 с холодильником внутри рабочего пространства, 2 с холодильником и наружной охлаждающей камерой, 3 с холодильником и внутренней охлаждаемой камерой.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство обеспечивает непрерывную равномерную по объему циркуляцию озвучиваемого раствора по типу реактора идеального вытеснения в полностью закрытой системе, исключающей контакт с воздухом, а также поддержание необходимой температуре.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что магнитострикционный преобразователь соединен с камерой озвучивания, включающей систему охлаждения, причем в камере озвучивания создается равномерная обработка озвучиваемого материала путем подачи-приема через распределитель-коллектор потока. Поддержание необходимой температуры процесса осуществляют с помощью различных конструкций теплообменника.

Использование: в производстве дезоксирибонуклеиновых кислот, полисахаридов, белков и других высокомолекулярных соединений, в частности в производстве лекарственных препаратов, особенно в случае получения стерильных субстанций. Сущность изобретения: устройство для деполимеризации высокомолекулярных соединений содержит средство для ультразвуковой обработки, источник ультразвуковых колебаний, средство для охлаждения. Средство для ультразвуковой обработки и средство для охлаждения объединены в единую камеру, снабженную в ее верхней части коллектором потока обработанной жидкости и в нижней части распределителем потока жидкости. Устройство снабжено дополнительной емкостью со средством для перемешивания обрабатываемой жидкости и насосом для циркуляции обрабатываемой жидкости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для деполимеризации высокомолекулярных соединений, содержащее средство для ультразвуковой обработки, источник ультразвуковых колебаний и средство для охлаждения, отличающееся тем, что средство для ультразвуковой обработки и средство для охлаждения объединены в единую камеру, снабженную в ее верхней части коллектором потока обработанной жидкости, а в нижней части распределителем потока жидкости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной емкостью со средством для перемешивания обрабатываемой жидкости. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено насосом для циркуляции обрабатываемой жидкости.