Устройство для обработки биологических объектов Советский патент 1991 года по МПК A01C1/00 A01G7/04 A01H1/06 

Фм.1

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а имен нок устройствам для воздействия в электрическом и магнитном поле на биологические объекты-растения, микроорганизмы, животные клеткм.

Известна установка для обработки посевного материала, состоящая мз камеры для обработки семян и устройства для создания постоянного магнитного поля в виде листов-магнитоносителей. Семена под действием собственного веса скаты заются по наклонной поверхности камеры и пересекают силовые линии магнитного поля. При этом на зерно действует пульсирующее магнитное поле со скоростью, пропорциональной весу зерна. Однако низкая скорость изменения магнитных импульсов исключает возможность воздействия на генную структуру биологического объекта. Кроме того, установка не позволяет обрабатывать биологические объекты (растения) а различных стадиях развития (онтогенеза проростков, цветков, пыльцы, спермы и т.д.), а также проводить стимуляцию, коронным разрядом.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для предпосевной обработки семян, которое содержит основную и дополнительную обмотки, создающие основное и дополнитепьное магнитные поля. Потенциальный электрод создает поле электростатического коронного разряда с градиентом у острия каждой пластины электрода. При движении по устройству обрабатываемые семена попадают в зону действия магнитного поля основной обмотки, затем поляризуются полем коронного разряда, и, находясь в его линейном поле, поочередно проходят градиентные магнитные поля, создаваемые дополнительными обмотками. Движущиеся семена при этом испытывают действия пульсирующего магнитного поля в пределах, обусловленных градиентом магнитных полеП обмоток и скоростью движения,

Недостатком данного технического решения является отсутствие возгиожности воздействия на генную структуру обрабатываемого объекта из-за ограниченной скорости изменения градиента попя, что не позволяет усилить эффект смннзргизмэ до уровня воздействия нэ генную структуру. Кроме того, данное устройство не позволяет обрабатывать биологические объекты в различной стадии развития, например, растений в различных стадиях онтогенеза (всходы, разветвления точки роста, бутонизации, цветения и т.д.) или биологические объекты, находящиеся в упаковке (сперма, пыльца, вирусы и т.п.).

Цель изобретения - повышение эффективности устройства за счет достижения направленного воздействия на генную структуру обрабатываемого биологического

объекта.

Поставленная цель достигается тем, что, в отличие от известного устройства, содержащего основную и дополнительную обмотки, коммутатор, соединенный входом с

0 источником питания, потенциальный электрод, связанный с источником высокого напряжения, предлагаемое устройство оснащено рабочей площадкой и блоками формирователя импульсов тока, включен5 ными между коммутатором и соответствующими обмотками. Каждая обмотка снабжена соответствующими концентраторами магнитного поля, установленными для создания полей, расположенных во взаимно перпендикулярных пересекающихся

0 плоскостях. Концентраторы магнитного поля укреплены на рабочей площадке посредством подвижных зажимов. Потенциальный злектрод выполнен в виде иглы, подключен к коммутатору через формирователь корон5 ного разряда и закреплен с возможностью регулирования зазора относительно рабочей площадки. Концентраторы магнитных полей выполнены в виде тороидальных сердечников с зазором. Торцы сердечников за0 креплены с возможностью поворота вокруг своей оси. Рабочая площадка может быть выполнена в виде конвейера.

Применение устройства позволяет достичь целенаправленного изменения на5 следственного аппарата биологических объектов путем предварительной разработки программ работы устройства. Появляется возможность обработки биологических объектов э разных стадиях развития (ростки,

0 цветки, пылька и т.п.) в связи с тем, что объем рабочей зоны изменяется путем изменения положения концентраторов магнитных полей. Достигнута большая степень воспроизводимости результата обработки.

5 В связи с импульсным питанием обмоток устройство потребляет значительно меньше энергии от источника постоянного тока. Устройство возможно использовать в полевых условиях.

0

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для обработки биологических объектов; на фиг.2 - блок-схема варианта конкретного исполнения устройства с

5 развернутыми функциональными схемами всех трех трактов формирования факторов воздействия на биологический объект; на фиг.З - вариант устройства для обработки сыпучих материалов (семян, ампул с вирусами или спермой) с рабочей площадкой в виде конвейера.

Устройство содержит основную 1 и информационную 2 обмотки, расположенные на концентраторе магнитного поля, выполненном в виде тороидального сердечника 3 с зазором, которые в сборе представляют собой индуктор основного магнитного поля Р0(фиг.1). Воздушные зазоры концентраторов магнитного поля образуют рабочую зону устройства, в которой расположены потенциальный электрод 7 и рабочая площадка 8, например,в виде препарационно- го стола или конвейера.

Дополнительная 4 и информационная 5 обмотки расположены на другом концентраторе магнитного поля, который также выполнен в виде тороидального сердечника б с зазором, и представляют собой в сборе индуктор дополнительного магнитного поля F д. Торцы каждого тороидального сердечника расположены соосно. Потенциальный электрод, являющийся источником электрического поля Ек коронного разряда, выполнен в виде иглы 7, которая закреплена с возможностью регулирования зазора относительно рабочей площадки 8 с помощью диэлектрического винта 9 на скобе 10, имеющей прорезь а. Потенциальный электрод 7 связан с источником высокого напряжения, выполненным в виде блока 11 формирования напряжения электрического коронного разряда. Блок 12 формирования тока индуктора основного магнитного поля F0 связан с обмоткой 1, блок 13 формирования тока индуктора дополнительного магнитного поля Рд связан с обмоткой 4. Коммутатор 14 связывает источник 15 питания с блоками 11-13.

Рабочая площадка 8 расположена перпендикулярно линии, соединяющей точку истечения зарядов с потенциального электрода 7 и точку пересечения линий действия концентраторов 3 и 6 магнитных полей. Индукторы основного и дополнительного магнитных полей закреплены на рабочей площадке 8 зажимами 16. Рабочая поверхность зажимов 16 снабжена электроизоляционным покрытием, предотвращающим контакт металлической части зажимов с тороидальными сердечниками. Рабочая площадка имеет прорези, в которых установлены хвостовики зажимов 16 с фиксаторами 17. Перемещая зажимы вдоль прорезей, можно изменить угол пересечения линий действия магнитных потоков тороидальных сердечников. Для удобства размещения обрабатываемого объекта тороидальные сердечники 3 и 6 имеют возможность поворачиваться в зажимах 16. Поскольку торцы каждого сердечника расположены соосно, то поворот происходит вокруг линии действия его магнитного потока, не изменяя положения самой линии действия. Развернутые функциональные схемы 5 всех трех блоков 11-13 формирования факторов воздействия на биологический объект 18 построены по однотипному принципу и на взаимозаменяемых элементах электроники (фиг.2).

0 Источник 15 питания устройства состоит из батареи 19, например, в виде аккумуляторов или химических элементов (общее напряжение 12 В), блока 20 питания от сети (220В) и блока 21 подготовки и преобразо5 вания питания постоянного тока (300В); Коммутатор 14 построен по принципу электронного коммутатора в микросхемном исполнении и состоит из однотипных диодно-резистивных разделительных цепей

0 22-24 трактов, исключающих их взаимное влияние при работе, и блоков 25 и 26 коммутации этих трактов. Каждый блок 11-13 подготовки и формирования воздействующих факторов Ек, Ро и Рд на биологический объ5 ект 18 состоит из однотипных взаимозаменяемых элементов в следующей последовательности: емкостный накопитель электрической энергии - блок 27, электронная спусковая схема - блок 28, блок 29

0 управления и блок 30 - выходной преобразователь электрического сигнала блоков 11- 13 в воздействующий фактор Ек, РО, Рд.

Блок 11 формирования стимулирующего электрического поля Ек коронного разря5 да содержит емкостный накопитель 31 с регулятором 32 уровня, электронную спусковую схему 33, построенную, например, на динисторе типа КН102Д, без схемы управления (в автоколебательном режиме ра0 боты), блок 34 преобразования кратковременных импульсов тока в высокое напряжение (4-12 кВ) со схемой сглаживания и защиты от пробоя, задатчик 35 уровня напряжения с задатчиком времени (реле

5 времени) и воздушным регулируемым промежутком для возбуждения коронного разряда на потенциальном электроде 7, представляющем собой преобразователь (типа иглы) высокого напряжения вмикрото0 ки коронного разряда с полем Ек и заарми- рованным в регулятор поля коронного разряда в рабочем обьеме в виде винта 9 из диэлектрического материала.

Блок 12 подготовки и формирования им5 пульса основного магнитного поля Р0 содер- житемкостный накопитель 36 с регулятором 37 уровня, электронную спусковую схему 38, построенную также, например, на динисторе типа КН102Д или по схеме его замещения на транзисторах (для больших токов) с регулятором 39 количества импульсов и схемой 40 управления временем срабатывания (синхронизации) с обратной связью через информационную обмотку 2 и регулятор

39количества импульсов с блоком 41 задатчика количества импульсов и блока 42 задат- чика уровня энергии или вепичины индукции магнитного поля Р0. Преобразователь импульса электрического тока блока 12 в импульс основного магнитного поля Г0 входит в блок 30 и выполнен в виде индуктора путем наложения основной 1 и информационной 2 обмоток на концентратор 3 магнитного поля рабочей площадки 8.

По аналогичной схеме собран блок 13 подготовки и формирования допопнитель- ного поля Рд, который включает емкостный накопитель 43 электрической энергии с регулятором 44 ее уровня и электронную спусковую схему 45 с регулятором 46 количества импульсов и момента срабатывания (синхронизации) с управлением от сигнала блока 41 задатчика количества, блока 42 задатчика энергии импульсоЕ и блока

40синхронизации.

Преобразователь импульса электрического тока тракта блока 13 в импульс дополнительного магнитного поля Рч также входит в блок 30 и выполнен в виде индуктора путем наложения основной 4 и информационной 5 обмоток на концентратор 6 магнитного поля и снабжен фиксатором 17 для регулирования угла пересечения линий действия этого импульса поля Рд и основного поля FO рабочей площадки 8 в Е1идз пре- парационного стола.

Для обработки биологических объектов в больших количествах (семян) в рабочей зоне устанавливают ленточный конвейер 47 (фиг.З), укрепленный на рабочей площадке 8. Конвейер снабжен токосъемной щеткой 48 для снятия остаточного напряжения после обработки коронным разрядом.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый биологический объект 18 размещают на рабочей площадке 8 или на ленточном конвейере 47. При необходимости объект фиксируют с помощью диэлектрической сетки, капли жидкости или любым известным способом. Концентраторы 3 и 6 основного т дополнительного магнитных полей фиксируют в зажиме 16 во взаимно перпендикулярных плоскостях с помощью фиксаторов 17 с установлением требуемого угла пересечения линий действия концентраторов,

Если обрабатывают объект впервые (нет предварительной программы), то пересечение линий действия принимают 90°, т.е. взаимно перпендикулярные.

Винтом 9 устанавливают необходимое положение потенциального электрода 7, На

пульте управления (блок 29) набирают необходимую программу обработки: на пульте блока 35 устанавливают время экспозиции 1-150 с и величину напряжения Ек 2-12 кВ; на пульте блока 42 устанавливают значение

0 энергии магнитного поля 0,1-10 кДж или значение магнитной индукции - 0,001-1 ТА; на пульте блока 41 - количество импульсов - 1-50; на пульте блока 40 устанавливают значение отставания или опережения основного

5 ммпульса относительно дополнительного + 10-10,001;-0.001-10 мкс.

После задания программы включают источник 15 питания. Устройство обрабатывает заданную программу и на его табло

0 (блоки 35,40, 41 и 42) высвечивают индикаторами фактически отработанные параметры воздействующих факторов. Само устройство в конце отработки отключают коммутатором 14,

5Отработка команд программы по трактам осуществляется следующим образом.

В блоке 11 подготовки и формирования электрического поля Ек коронного разряда при подаче напряжения постоянного тока

0 300 В через коммутатор 14 коммутирующим элементом 25 происходит заряд накопительных емкостей 31 до напряжения, установленного программой блока 35 с помощью регулятора 37 уровня. Электрон5 ная спускоэая схема 33 начинает срабатывать в соответствии с параметрами установленного автоколебательного режима, формируя импульсы тока на входе блока 34, который формирует из них путем повы0 шения, выпрямления и сглаживания высокое напряжение (4-12 кВ) в соответствии с заданием программы с одновременным запуском электронного реле времени, которое после отсчета установленного

5 программой времени посредством коммутирующего элемента 25 отключает питание тракта. Высокое напряжение с потенциального электрода 7 снимается схемой 34 формирования не более чем через 0,2 с.

0 В блоке 12 подготовки и формирования импульса основного магнитного поля Р0 при подаче напряжения постоянного тока 300 В также через коммутатор 14 коммутирующим элементом 26 через диодно-резисторную

5 сборку 23 происходит заряд накопительной емкости 36. Величину электрической емкости и количество импульсов определяют программной установкой блоков 41 и 42 управления и осуществляют регулятором 39, после чего срабатывает спусковая схема 38

в соответствии с сигналом управления регулятора 39 количества и скважности импульсов, а также с учетом сигнала задержки или опережения блока 40 синхронизации. Сформированные импульсы тока поступают на индикатор основного магнитного поля, ко- тррый выполнен в виде основной 1 и информационной 2 обмоток на концентраторе 3 поля в рабочей зоне площадки 8.

Импульсы электрического тока спуско- вой схемы 38 преобразуются индуктором в импульсы магнитного поля F0 и в сочетании с аналогично образованными импульсами Рд дополнительного индуктора воздействуют на обрабатываемый биологичесчкий обь- ект 18, вызывая стресс, а при больших энергиях или индукциях магнитных полей вызывает определенные изменения. При дальнейшем увеличении наступает нарушение структуры или даже разрушение генети- ческого аппарата.

Выбор программы обработки, величин полей и их взаимные соотношения производят предварительными испытаниями и фиксируют с помощью микроскопии, гибридологических и цитологических исследований в соответствии с избранным способом воздействия на генетический аппарат биологического объекта.

Формула изобретения

1. Устройство для обработки биологических объектов, содержащее основную и до- полнительную обмотки, коммутатор,

соединенный входом с источником питания, потенциальный электрод, связанный с источником высокого напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности устройства за счет достижения направленного воздействия на генную структуру обрабатываемого биологического объекта, оно оснащено рабочей площадкой и блоками формирователя импульсов тока, включенными между коммутатором- и соответствующими обмотками, каждая из которых снабжена соответствующими концентраторами магнитного поля, установленными для создания полей, расположенных во взаимно перпендикулярных пересекающихся плоскостях, при этом концентраторы магнитного поля укреплены на рабочей площадке посредством подвижных зажимов.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что потенциальный электрод выполнен в виде иглы, подключен к коммутатору через формирователь коронного разряда и закреплен с возможностью регулирования зазора относительно рабочей площадки.

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что концентраторы магнитных полей выполнены в виде тороидальных сердечников с зазором, торцы которых закреплены с возможностью поворота вокруг своей оси.

4.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что рабочая площадка выполнена в виде конвейера.

F

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для физического воздействия в электрическом и магнитном полях на биологические объекты-растения, микроорганизмы, живые клетки. Цель изобретения - повышение 1 i § Л- I 10 , 18 эффективности устройства за счет достижения направленного воздействия на генную структуру обрабатываемого биологического объекта. Биологический объект 18, размещаемый на предметном столике 8, находится в зоне воздействия магнитных полей концентраторов 3 и 6, каждый из которых снабжен токовой (1 или 4) и сигнальной (2 или 5) обмотками. Обмотки 1 и 4, включенные последовательно с блоками 12 и 13 формирования импульсов тока, индуктируют поля в зазорах концентраторов. Обмотки 2 и 5 осуществляют обратную связь по интенсивности и длительности импульсов магнитного поля. Высоковольтный электрод 7 через блок 11 формирования коронного разряда и коммутатор 14 связан с источником 15 питания всех блоков устройства. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. Ё VJ О со о

0US.Z

10

flteJ