БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНАЯ МАГНИТНАЯ СТРУКТУРА Российский патент 2007 года по МПК C12N13/00 

Изобретение относится к области биотехнологии, а именно к области средств воздействия на макро- и микроорганизмы, используемые в биотехнологических процессах, и может быть использовано для активации макро- и микроорганизмов как до введения их в биотехнологический процесс, так и при реализации биотехнологического процесса.

Известен способ использования источников пульсирующих магнитных полей (US, патент 3876373, 1975) для обработки макро- и микрообъектов. Используемые источники пульсирующих магнитных полей представляют собой либо кольцевые магниты, либо преобразователи переменного электрического тока в пульсирующий электрический ток. При реализации способа объект воздействия помещают между полюсами магнита или внутри катушки индуктивности.

Недостатком известного способа следует признать невозможность задания количественного влияния генерированного магнитного поля на объект воздействия.

Известно использование (WO 94/10299, 1994) монокристаллической магнитодоменной пленки, представляющей собой ферритгранатовую структуру, полученную методом жидкофазной эпитаксии на подложке. Указанная пленка предназначена для использования в качестве средства диагностики инфекционных заболеваний, острых кишечных заболеваний, тестирования клеток крови, а также культивирования микроорганизмов.

Недостатком известной пленки следует признать слабую воспроизводимость получаемых результатов.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения можно признать биологически активную магнитную структуру (RU, патент 2123527, 1998). Известная биотропная магнитная структура представляет собой подложку, на одну поверхность которой методом жидкофазной эпитаксии нанесена ферритгранатовая пленка, причем ферритгранатовая пленка имеет магнитную индукцию 0,0015-0,0350 Тл. В предпочтительном варианте реализации толщина эпитаксиальной пленки составляет 0,5-400 мкм, а в качестве подложки использован галлийгадолиниевый гранат.

Недостатком известной магнитной структуры следует признать недостаточную активацию макро- и микрообъектов.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого изобретения, состоит в увеличении активности известной магнитной структуры.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемой биологически активной магнитной структуры, состоит в повышении эффективности осуществляемых биотехнологических процессов.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать биологически активную магнитную структуру, содержащую подложку, на одну поверхность которой методом эпитаксии нанесена ферритгранатовая пленка, а за второй (нерабочей) поверхностью подложки и/или перед ферритгранатовой пленкой размещено минеральное зеркало, при этом подложка выполнена из оптически прозрачного материала. Подложка может быть выполнена из галлийгадолиниевого граната или из галлийгадолиниевого граната, легированного редкоземельными элементами (так называемых галиантов), а также из любого прозрачного в области видимого оптического излучения, а также ближнего УФ и ИК материала, коэффициент термического расширения которого близок к коэффициенту термического расширения пленки ферритграната, а кристаллическая решетка является кубической гранецентрированной. Выполнение этих условий обеспечит нанесение эпитаксиальной пленки ферритграната на подложку с получением монокристаллической структуры, а также сохранение нанесенной пленки на подложке после стадии охлаждения без возникновения дефектов и напряжений. Использование оптически прозрачной подложки обеспечивает доступ светового потока к поверхности минерального зеркала и его отражение от минерального зеркала. Термин «минеральное зеркало» в рамках данного описания характеризует неорганический материал, имеющий упорядоченную структурную решетку, отполированная поверхность которого способна образовывать оптические изображения предметов. Как минеральное зеркало в рамках данного изобретения могут быть использованы любые неорганические кристаллы, поверхность которых может быть любым известным в технике приемом отполирована до получения поверхности, способной образовывать оптические изображения предметов. Обычно используют кристаллы кремния, арсенид галлия, яшму, хотя указанный перечень не исчерпывает весь возможный список неорганических кристаллов, применение которых позволяет получить минеральные зеркала. Для скрепления или совмещения подложки с пленкой и минерального зеркала может быть использована рамка или любой другой способ соединения или фиксирования двух плоских предметов. Минеральное зеркало может быть выполнено путем напыления на галлийгадолиниевую подложку сплошного слоя кремния толщиной 150-300 ангстрем. В одном из вариантов реализации напыленный слой представляет собой симметричный рисунок. Структура может содержать дополнительное минеральное зеркало, расположенное на расстоянии от пленки, предпочтительно на объекте воздействия.

Минеральное зеркало может быть приведено в контакт с подложкой или может быть размещено с незначительным (не превышающим нескольких миллиметров) зазором.

Пленку ферритграната наносят на подложку обычным способом, в частности способом жидкофазной эпитаксии (см., например, Н.А.Колобов. Основы технологии электронных приборов. М.: «Высшая школа», 1980, стр.131).

Достижение указанного технического результата достигается за счет двойного модулирования светового потока, проходящего через гранатовую структуру к поверхности минерального зеркала и обратно через гранатовую структуру, что усиливает магнитооптический эффект воздействия.

В дальнейшем сущность изобретения будет рассмотрена с использованием примеров реализации.

1. Получение сфероидов (протопластов).

Культуру Е.Coli выращивали в слабосолевой среде, содержащей 8% масс. сахарозы, до достижения оптимальной концентрации культуры. Клетки культуры отделили центрифугированием, отмыли 0,1 М трис-буфером (рН 8) и ресуспендировали в том же буфере с добавлением 20% масс. сахарозы. Полученную суспензию в стеклянной колбе объемом 100 мл установили на поверхность биологически активной магнитной структуры состава (YsmLu)₃(FeGa)₅, выращенной на подложке из галлийгадолиниевого граната в диапазоне температур осаждения 915-925°С. Полученная магнитная пленка имела толщину 8 мкм, магнитную индукцию 0,024 Тл при толщине подложки 800 мкм. Под подложкой размещено минеральное зеркало из полированного кремния р-типа проводимости. Длительность выдержки при 37°С составила 12 мин, превращение клеток в сфероиды соответствует 99%. Жизнеспособность протопластов сохранялась в течение 3,5 суток. При использовании биологически активной магнитной структуры - ближайшего аналога - время выдержки составило 20 минут, а жизнеспособность протопластов - 3 суток.

2. Обработка полученных протопластов.

Реверсию протопластов Е.coli проводили на твердой агаризованной среде. Протопласты поместили на твердую среду, заполняющую чашки Петри. Чашки Петри со средой предварительно установили на поверхности той же биологически активной магнитной структуры, под которой было помещено кремниевое минеральное зеркало с n-типом проводимости. Длительность выдержки при температуре 37°С составила 48 часов. Ферментативная активность продукта повышена в 5,7 раз, в то время как с использованием устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога, только в четыре раза.

3. Активация пекарских дрожжей.

Водную суспензию пекарских дрожжей с концентрацией 20% масс. в стеклянном сосуде емкостью 200 мл поместили на поверхность биологически активной магнитной структуры, расположенной на минеральном зеркале из арсенида галлия. Длительность выдержки при 40°С составила 5 часов. Отделение фракции клеточных стенок провели методом центрифугирования. Сорбцию аминокислот из полученного раствора осуществили посредством разделительной хроматографии на катионите с последующим вымыванием аминокислот раствором аммиака. Содержание свободных аминокислот составило 84% против 70%, полученных с использованием структуры - ближайшего аналога.

4. Активация лецитина.

Водный 20% масс. раствор лецитина залили тонким слоем в чашку Петри, установленную на биологически активную магнитную структуру, установленную на минеральном зеркале из полированной яшмы. Ламеллярная структура лецитина была сформирована при температуре 24°С за 18 минут вместо 30 минут с использованием биотропной магнитной структуры - ближайшего аналога.

5. При сканировании поверхности кожи человека биологически активной структурой (пленка, подложка, кремниевое зеркало диаметром 76 мм) в течение 3 минут на расстоянии 0,5÷2,0 см от кожного покрова отмечено повышение эластичности кожи, приведшее к уменьшению в течение 6 часов способности образовывать гематомы под внешним механическим воздействием. Использование биологически активной структуры, выбранной в качестве ближайшего аналога, приводит к слабому эффекту и только на 1,4 часа.

6. При сканировании поверхности кожи человека биологически активной структурой (пленка, подложка, кремниевое зеркало диаметром 76 мм) в течение 3 минут на расстоянии 0,5÷2,0 см от кожного покрова, в течение 3 минут с предварительно уложенными на кожный покров кремниевыми зеркалами диаметром 20 мм отмечено повышение эластичности поверхности капилляров кожи, сопровождающееся легкой гиперемией. Расстояние от биологически активной магнитной структуры до поверхности кожного покрова составило 0,5÷2,0 см. Использование биологически активной структуры, выбранной в качестве ближайшего аналога, дает слабый эффект и требует увеличения количества сеансов.

7. При сканировании поверхности кожи барана при дублении структурой, аналогичной примеру 3, отмечено повышенная эластичность кожи, а также получение более глубокого прокраса. Использование биологически активной структуры, выбранной в качестве ближайшего аналога, практически не дает эффекта.

8. Опыт 1 был повторен без использования минерального зеркала. Длительность выдержки при 37°С составила 30 мин, превращение клеток в сфероиды соответствует 99%. Жизнеспособность протопластов сохранялась в течение 3 суток. Результаты тождествены использованию биологически активной магнитной структуры - ближайшего аналога.

9. Опыт 1 был повторен с использованием зеркала из стеклянной пластины, на обратную поверхность которой напылен слоя алюминия. Длительность выдержки при 37°С составила 28 мин, превращение клеток в сфероиды соответствует 98%. Жизнеспособность протопластов сохранялась в течение 3 суток. Результаты близки к использованию биологически активной магнитной структуры - ближайшего аналога.

Приведенные примеры свидетельствуют о различных областях эффективного использования предлагаемой биологически активной магнитной структуры.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к области средств воздействия на макроорганизмы и микроорганизмы, используемые в биотехнологических процессах. Предлагаемая структура состоит из плоской подложки, на одну поверхность которой методом жидкофазной эпитаксии нанесена ферритгранатовая пленка, а за второй поверхностью подложки размещено минеральное зеркало. При этом подложка выполнена из оптически прозрачного материала. Изобретение может быть использовано для активации макроорганизмов и микроорганизмов как до введения их в биотехнологический процесс, так и при реализации биотехнологического процесса. 8 з.п. ф-лы.

1. Биологически активная магнитная структура, содержащая плоскую подложку, на одну поверхность которой методом жидкофазной эпитаксии нанесена ферритгранатовая пленка, отличающаяся тем, что за второй поверхностью подложки размещено минеральное зеркало, при этом подложка выполнена из оптически прозрачного материала.2. Структура по п.1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из галлийгадолиниевого граната.3. Структура по п.1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из материала, коэффициент температурного расширения которого близок к коэффициенту температурного расширения эпитаксиальной пленки.4. Структура по п.1, отличающаяся тем, что минеральное зеркало представляет собой полированную кремниевую пластину.5. Структура по п.1, отличающаяся тем, что минеральное зеркало представляет собой полированную пластину из лейкосапфира с напыленным зеркальным слоем алюминия.6. Структура по п.1, отличающаяся тем, что минеральное зеркало представляет собой полированную пластину из яшмы.7. Структура по п.1, отличающаяся тем, что минеральное зеркало выполнено путем напыления на галлийгадолиниевую подложку сплошного слоя кремния толщиной 150-300 A°.8. Структура по п.7, отличающаяся тем, что напыленный слой представляет собой симметричный рисунок.9. Структура по п.1, отличающаяся тем, что она содержит дополнительное минеральное зеркало, расположенное на расстоянии от пленки.