Способ концентрирования биообъектов в суспензии Советский патент 1992 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к средствам и способам концентрирования биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях.

Известно, что величина дипольного момента и поляризуемость биообъектов Коррелируют с их иммуногенностью. По величине дипольного Момента биообъекта можно оценить его иммуногенность: чем больше диполъный момент биообъекта, тем больше его иммуногенность. В связи с зтим возникает задача, связанная с отделением и концентрированием объектов одной субпопуляции с одинаковыми дипольнымй моментами и поляризуемостью из суспе1; зии, содержащей смесь объектов с разными дипольнымй моментами и поляризуемостью; для последующего исследования концентрата.

Известны способы и средства концентрирования биообъектов по различным параметрам; по весу, плотности, размерам, взаимодействию с химическими веществами и др. Наиболее близкими техническими решениями являются способы и устройства для концентрирования биообъектов по величине электрического заряда.

Известен способ разделения и концентрирования клеток животных, включающий введение в сепараторную камеру культуры клеток животных и среды для суспендирования зтих клетрк. Среда представляет собой водную полимерную систему, одна из фаз которой обладает злектрофоретической мобильностью в электростатическом поле. В камере между злектродами формируют злектростатическое поле и удаляют концентрат клеток у Одного из электродов.

Недостатком способа является невозможность селективного концентрирования клеток и других биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ слияния живых клеток. Способ включает заполнение суспензией клеток рабочего объема с последовательно установленными в нем злектродами и подачу на электроды переменного тока для создания в промежутках между электродами неоднородного электрического поля и удаление клеток на участке их концентрирования.

Недостатком способа-прототипа является невозможность селективного концвнтрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости.

Цель изобретения - обеспечение селективного концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости в циклическом режиме для получения малых количеств концентрата.

Цель достигается тем, что рабочий объем камеры с последовательно установленН.ми в нем электродами заполняют суспензией биообъектов, например, микроорганизмов, вирусов или клеток культур. На суспензию накладывают переменный электрический ток. Биообъекты удаляют на участке их концентрирования. Циклически формируют неоднородное электрическое поле в виде бегущей волны с изменяемыми фазовой скоростью и градиентом напряженности в каждом цикле концентрирования объектов, причем величину градиента напряженности электрического поля и фазовую скорость распространения волны выбирают из соотношения

PgracSE 6 (р,

где Р - дипольный момент биообъекта;

grad Е - градиент напряженности электрического поля;

J/- вязкость суспензии;

г - радиус биообъекта;

Vy - фазовая скорость распространения электрической волны относительно суспензии биообъекта.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации способа концентрирования биообъектов в суспензии; на фиг. 2 - распределение градиента Е электрического поля по длине канала 6 разные моменты времени ti,t2tn.

устройство для реализации способа концентрирования биообъектов в суспензии состоит из камеры, выполненной в виде

канала 1, имеющего с одной стороны воронку 2 для подачи, суспензии биообъекта, ас другой - емкость 3 для приема концентрата биообъектов с задвижкой 4 и патрубком с

краном 5 для, слива этого концентрата. По длине канала 1 установлены последовательно электроды 6, выполненные в виде колец. Кроме того, устройство снабжено коммутатором 7 с подвижными 8 и неподвижными

контактами 9. Подвижные контакты 8 установлены на диске 10, имеющем привод вращения. Электроды 6 соединены через контакты 8 и 9 коммутатора 7 и резисторы 11с источником переменного напряжения и

представляют собой электрические цепи 12-29 с разным сопротивлением (фиг. 1) для формирования вдоль канала 1 бегущей волны градиента напряженности электрического поля с постоянной амплитудой (фиг. 2).

Способ концентрирования биообъектов в суспензии осуществляется с помощью устройства следующим образом.

Суспензию биообъектов (макромолекулы, вирусы, бактерии, клетки) с исходной

концентрацией подают через воронку 2 в канал 1 при открытой задвижке 4 и закрытом кране 5. На устройство подают переменное напряжение и включают привод вращения диска 10 коммутатора 7с частотой 0,01-0,001 Гц. Коммутатор 7 последова тельно переключает подвижные контакты 8 относительно неподвижных контактов 9, вследствие чего периодически изменяется сопротиаление в цепях 12-29, а следовательно, напряжение Uo на электродах 6 в этих электрических цепях. Последовательность изменения напряжения на электродах 6 видна из фиг. 1. Между электродами 6 возникает градиент-напряженности электрического поля с тремя пучностями и узла-; ми, которые смещаются по длине канала в моменты времени ti, t2,...,tn, т. е. возникает бегущая электрическая волна с изменяемыми фазовой скоростью и градиентом кзпряженности электрического поля (grad Е). Время переключения контактов коммутатора 7 определяет скорость бегущей волны, а амплитуда переменного напряжения определяет градиент напряженности электрического поля. Эти параметры выбирают, исходя из равенства

Pgrad Е 6 vyi.

Причем скорость v распространения бегущей волны определяет время t переключения коммутатора 7 .L , где L - расстояние между соседними электродами 6.

Бегущая электрическая волна воздействует на живые биообъекты (вирусы, клетки), обладающие определенным дипольным моментом, для которых выполняется условие равенства силы, действующей со стороны электрического поля, и силы вязкого трения со стороны жидкости (суспензии) при движении биообъекта со скоростью grad Е 6 ;Г)/ г v, и увлекает эти биообъекты в сторону емкости 3. После окончания процесса селективного концентрирования биообъектов с определенным дипольным моментом и поляризуемостью канал 1 перекрывают задвижкой 4 и концентрат биообъектов сливают после открытия крана 5. Далее из канала 1 остаток суспензии удаляют, подают новую порцию суспензии и цикл повторяют.При необходимости выделения биообъектов с другими дипольными моментами из остатка суспензии изменяют следующие параметры; напряжение Uo или фазовую скорость vf распространения электрической волны относительно суспензии биообъектов путем изменения скорости вращения диска 10 коммутатора 7.

Реализуемость способа проверена при выделении и концентрировании клеток Vero из суспензии. Суспензия включает смесь следующих компонентов: клетки Vero, сыворотрчные белки, аминокислоты, глюкоза и витамины, а также другие компоненты, имеющие разные дипольные моменты. Например, известно, что дипольные моменты макромолекул имеют величину 10 Дебай, бактерии 10 -10 Дебай, а по экспериментальным данным клетки Vero имеют дипольные моменты Дебай. В экспериментальной модели градиент напряженности электрического поля между электродами составляет 10® В/м. Скорость v перемещения отдельных клеток Vero при концентрировании составляет 1-5 мкм/с. При проведении экспериментов удалось сконцентрировать и выделить клетки Vero

с диполъными моментами отдельной клетки порядка 0;410 Дебай ±50% и поляризуемостью 0, м из суспензии, имеющей биообъекты с разными дипольными 5 моментами и поляризуемостью.

Технический эффект от использования предлагаемого способа состоит в обеспечении селективного концентрирования биообъектов одной субпопуляции по их ди0 полъному моменту и поляризуемости в циклическом режиме, что позволяет выделить из суспензии биообъекты (вирусы, бактерии, клетки) с определенной иммуногенностью для получения, например, препаратов

5 с вцсокой биологической активностью. Циклический режим концентрирования биообъектов позволяет работать с малым количеством дорогостоящей суспензии биообъектов.

Формула изобретения Способ концентрирования биообъектов в суспензии, включающий наложение переменного электрического поля на суспензию,

5 отличающийся тем, что, с целью обеспечения селективного концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости, циклически формируют неоднородное электрическое пол в виде

0 бегущей волны с изменяемыми фаговой скоростью и градиентом напряженности в каждом цикле концентрирования объектов, причём величину градиента напряженности grad Е и фазовую скорость vy распростране5 ния волны выОнрают из соотношения

Pgrad Е 6лг;гуу.

где Р - дипольный момент биообъекта; 0 grad Е-градиент напряженности электрического поля;

Г)- вязкость суспензии; г - радиус биообъекта; Vy - фазовая скорость распространения 5 электрической волны относительно суспензии биообъекта. фиг i /fЯ

Изобретение относится к способам концентрирования биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях. Цельюизобретения является обеспечение селективного концентрирования биообъектов по их диполь ному моменту и поляризуемости в циклическом режиме работы. Способ включает заполнение суспензией биообъектов рабочего объема камеры с последовательно установленными в ней злектродами и подачу на злектроды переменного злектриче- ского тока для создания в промежутках между злектродам14 неоднородного злект- рич1рскогб поля в виде бегущей злектриче- ской волны с изменяемыми фазовой скоростью и градиентом напряженности в каждом цикле концентрирования биообъектов. Камера в устройстве выполнена в виде канала, а злектроды - в виде колец, подсоединенных к источнику переменного напряжения через коммутатор и резисторы. 2 ил.^^

gfradB

фиг 2

2