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

Описание патента на изобретение SU1712856A1

ми 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 суспендирова))ия этих клеток. Среда представляет собой водную полимерную систему, одна из фаз кс торой обладает электрофоретической мдбильностью в электростатическом поле. В камере между электродами формируют электростатическое 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 техническим решением к предлагаемому является способ слияния живых клеток. Способ включает заполнение суспензией клеток рабочего объема с последовательно установленными в нем электродами 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 концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости.

Цель изобретения - обеспечение возможности концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости.

Указанная цель достигается тем, что через рабочий объемкамеры с последовательно установленными в нем электродами пропускают суспензию биообъектов, наприг мер, микроорганизмов, вирусов или клеток культур. На суспензию накладывают переменный электрический ток для создания в суспензии в промежутках между электродами неоднородного электрического поля. Биообъекты удаляют на участке их концентрирования. Причем суспензию биообъектов пропускают через рабочий объем в виде непрерывного потока, а неоднородное электрическое поле формируют в виде стоячей электрической волны с градиентом напряженности электрического поля разной величины одновременно на разных участках потока. Величину градиента напряженности электрического поля устанавливают, исходя из условия обеспечения равенства , сил ы действующей на биообъект со стороны электрического поля, и силы сопротивления движению биообъекта со стороны суспензии

Р grad (Е)б yf-tj-r-Vif,

где Р - дипольный момент биообъекта;

grad (Е)- градиент напряженности злектрического поля;

tj - вязкость суспензии;

г - радиус биообъекта;

скорость потока суспензии относительно стационарного неоднородного электрического поля.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации способа концентрирования биообъектов в суспензии; на фиг. 2 - распределение градиента Е электрического поля по длине канала; на фиг. 3 - схема экспериментальной модели устройства для проверки возможности реализации способа концентрирования биообъектов и работоспособности устройства; на фиг, 4 - фотографии процесса концентрирования эритроцитов в экспериментальной модели устройства

Устройство для реализации способа концентрирования биообъектов в суспензии состоит (фиг. 1) из камеры, выполненной в виде канала 1, имеющего с одного конца ем кость 2 для подачи суспензии биообъекта, а с другого - задвижку 3 и емкость 4 для слива остатка суспензии. Подлине канала 1 установлены последовательно электроды 5, выполненные в виде колец, и патрубки 6 с кранами для слива концентрата биообъектов с разными дипольными моментами. Патрубки 6 расположены в канале 1 на участках 7-9 концентрирования биообьектов. Кроме того, в канале 1 между патрубками 6 имеются задвижки 10 для перекрытия сечения канала 1 при сливе концентратов биообъектов. Электроды 5 подсоединены параллельно к источнику 11 переменного напряжения через резисторы 12 в виде электрических цепей 13 (с разным сопротивлением) для формирования вдоль канала 1 стоячей волны, с последовательно нарастающей амплитудой градиента напряженности электрического поля (фиг. 2).

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

При непрерывном способе концентрирования биообъектов суспензию биообъектов (макромолекулы, вирусы, бактерии, клетки) подают в емкость 2. из которой суспензия поступает в канал 1 и перетекает в емкость 4 при открытых задвижках 3 и 10 и кранах на патрубках 6. На электроды 5 подают переменное напряжение от источника 11. Поскольку электрические цепи 13 имеют разное сопротивление, как показано на фиг. 1. то между соседними электродами 5 в канале 1 возникают градиенты напряженности электрического поля с пучностями и узлами (фиг. 2), т. е. формируют стоячие злектрические волны с градиентом напряженности разной величины одновременно на разных участках потока суспензии. При протекании потока суспензии в области стоячей волны с малой амплитудой градиента напряженности злектрического поля биообъекты, имеющие большой дипольный момент, будут тормозиться, если для них выполнено условие равенства силы, действующей со стороны электрического поля, и силы сопротивления, действующей со стороны жидкости

Р grad (Е) Ъ п rj Г .

Значение разности потенциалов (U) между соседними электродами определяется выбранной величиной градиента напряженности электрического поля соотношением

U 2-grad(E)-L2, .

, где расстояние между соседними электродами..

Таким образом, биообъекты с болъшиМ дипольным моментом будут концентрироваться в области стоячей волны с малым градиентом напряженности электрического поля, т. е. на участке 7 канала 1. Биообъекты со средним значением дипольного момента будут по той же причине концентрироваться в области стоячей волны со средним значением градиента напряженности Злектрического поля на участке 8 канала 1, а биообъекты с малым дипольным моментом будут концентрироваться в области волны с большим значением градиента напряженности электрического поля, т. е. на участке 9 канала 1. Концентрат биообъектов непрерывно сливается на участках 7-9 через патрубки б, а остаток суспензии поступает в емкость 4.,

Способ может быть реализован и при циклической работе устройства. В этом сЛучае селективное концент|Эирование биообъектов, производится при открытых задвижках 3 и 10 и закрытых кранах на патрубках 6. После накопления концентрата биообъектовна участках 7-9 канала 1 и патрубках 6 задвижки 3 и 10 перекрывают канал 1 и краны на патрубках 6 открывают для

слива концентрата в пробирки. Далее задвижки 3 и 10 открывают и закрывают краны на патрубках 6, цикл концентрирования повторяется. Для повышения степени селективного концентрирования биообъектов по дипольному моменту каждая полученная фракция биообъектов с определенным дипольным моментом может быть пропущена несколько раз через канал 1 устройства.

Пример. Для проверки работы устройства и. возможности реализации способа изготовлена упрощенная модель устройства для концентрирования биообъектов в суспензии (фиг. 3). Модель содержит корпус 14, в котором выполнены канал 15 с последовательно установленными электродами 15. Расстояние между электродами ,3 мм. На электроды 16 подается переменное напряжение через резисторы 17 с

разной величиной сопротивления от источника 18 переменного напряжения. Через канал 15 пропускают суспензию эритроцитов 19 со скоростью 1 мкм/с, Модель устройства обеспечивает концентрирование клеток

эритроцитов с дипольным моментом, большим определенного заданного значения. Суспензия эритроцитов с исходной концентрацией 1 млн клеток на 1 мл протекает через канал 1. На электроды подается переменное напряжение с частотой 82 кГц. Напряжение и на первую пару электродов подается 0,5 В, на вторую - 2 В, на третью -4В, на четвертую -6В (на фиг. 3 четвертая пара электродов не показана). В промежутках между электродами устанавливается неоднородное электрическое поле со средним значением градиента напряженности электрического поля

grad (Е)-и/(2 -L),

40

где и - разность напряжений на соседних электродах;

L - расстояние между соседними электродами.

Под действием электрического поля в эритроцитах индуцируется дипольный моMeHt, который взаимодействует с градиентом электрического поля. При этом

возникает сила, движущая клетки эритроцитов к электродам. Поток суспензии сносит те клетки, дипольный момент которых мал. Клетки с большим значением дипольного момента концентрируются вблизи электродов. На (фиг. 4) приведена конечная концентрация клеток эритроцитов с разными дипольными моментами вблизи 1-4 пар электродов соответственно с напряжениями на них 0,5; 2; 4; 6 В, Технический эффект от использования предлагаемого сггособа состоит в обеспечении селективного концентрирования биообъектов одной субпопуляции по их дипольному моменту и поляризуемости в циклическом режиме, что позволяет выделить из суспензии биообъекты (вирусы, бактерии, клетки и т. п.). При длине канала устройства около 10 см и его диаметре 3 мм, а также скорости протекания суспензии мкм/с производительноЪть устройства составляет около 100 млн/ч. Причем при необходимости устройство может работать и в циклическом режиме. Концентрат биообъектов с определенным дипольным моментом обладает более высокой иммуногенностью, чем смесь биообъектов в суспензии, что позволяет, например, получать препараты с более высокой биологической активностью. Формула изобретения Способ концентрирования биообъектов в суспензии, включающий пропускание суспензии биообъектов через рабочий объем камеры с последовательно установленными в ней электродами, наложение переменного электрического поля на суспензию и удаление биообъектов на участке их концентрирования, отличающийся тем, что, с целью обеспечения концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости, суспензию биообъектов пропускают через рабочий объем камеры в виде непрерывного потока, а неоднородное электрическое поле формируют в виде стоячей электрической вЪлны с градиентом напряженности разной величины одновременно на разных участках потока.

дгодЕ

сриг.2

Похожие патенты SU1712856A1

название год авторы номер документа
Способ концентрирования биообъектов в суспензии 1989
  • Генералов Владимир Михайлович
  • Бакиров Талгат Сальманович
  • Чермашенцев Валерий Михайлович
SU1712855A1
Способ определения поляризационных характеристик частиц 1989
  • Бакиров Талгат Сальманович
  • Генералов Владимир Михайлович
  • Чермашенцев Валерий Михайлович
SU1642353A1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ МУЖСКИХ И ЖЕНСКИХ ФОРМ БЕСПЛОДИЯ 2011
  • Громов Андрей Александрович
  • Кручинина Маргарита Витальевна
  • Генералов Владимир Михайлович
  • Рабко Анна Владимировна
RU2485507C2
НЕИНВАЗИВНЫЙ СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СТЕПЕНИ ФИБРОЗА ПЕЧЕНИ 2013
  • Кручинина Маргарита Витальевна
  • Воевода Михаил Иванович
  • Курилович Светлана Арсентьевна
  • Громов Андрей Александрович
  • Генералов Владимир Михайлович
  • Генералов Константин Владимирович
  • Сафатов Александр Сергеевич
  • Буряк Галина Алексеевна
RU2567846C2
СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПЕЧЕНИ 2004
  • Генералов Владимир Михайлович
  • Бакиров Талгат Сальманович
  • Пак Антон Владимирович
  • Звольский Иван Леонидович
  • Кручинина Маргарита Витальевна
  • Курилович Светлана Арсентьевна
RU2296327C2
Способ диагностики активности воспалительных заболеваний кишечника на основе совокупности электрических и вязкоупругих параметров эритроцитов 2021
  • Кручинина Маргарита Витальевна
  • Азгалдян Александра Викторовна
  • Курилович Светлана Арсентьевна
  • Громов Андрей Александрович
  • Генералов Владимир Михайлович
  • Генералов Константин Владимирович
  • Сафатов Александр Сергеевич
  • Кручинин Владимир Николаевич
  • Яковина Ирина Николаевна
RU2764870C1
СПОСОБ УСКОРЕНИЯ НЕЙТРАЛЬНЫХ АТОМОВ ИЛИ МОЛЕКУЛ 1971
SU297342A1
СПОСОБ ОТБОРА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБ ИЗ ПОТОКА ЧАСТИЦ 1996
  • Бакиров Т.С.
  • Генералов В.М.
  • Топорков В.С.
RU2105815C1
Биосенсор для индикации биопатогенов 2021
  • Асеев Александр Леонидович
  • Генералов Владимир Михайлович
  • Локтев Валерий Борисович
  • Протопопова Елена Викторовна
  • Сафатов Александр Сергеевич
  • Черемискина Анастасия Алексеевна
  • Кручинина Маргарита Витальевна
RU2774307C1
СПОСОБ И РЕАКТОР ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО УДАЛЕНИЯ ПРОДУКТА ИЗ ГАЗООБРАЗНОЙ СИСТЕМЫ 2011
  • Панца Серджио
RU2597921C2

Иллюстрации к изобретению SU 1 712 856 A1

Реферат патента 1992 года Способ концентрирования биообъектов в суспензии

Изобретение относится к средствам и способам концентрирования биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях. Цель изобретения - обеспечение возможности концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости. Способ включает пропускание суспензии биообъектов через рабочий объем камеры с последовательно установленными в ней электродами и подачу на электроды неоднородного электрического поля в виде стоячей электрической волны^с градиентом напряженности разной величины одновременно на разных участках потока. Камера в устройстве выполнена в виде канала, а электроды - в виде колец, подсоединенных параллельно к источнику переменного напряжения через резисторы. Патрубки для слива концентрата биообъектов установлены по длине канала на участках концентрирования биообъектов с определенным дипольным моментом и поляризуемостью. 4 ил.слсИзобретение относится к средствам и cnoco6aivi 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 дипольный момент биообъекта, тем больше его иммуногенность.-В связи с этим возни-кает задача, связанная с отделением и концентрированием объектов одной субпопуляции с одинаковыми дипольными моментами и поляризуемостью из суспензии, содержащей смесь объектов с разными дипольными моментами и поляризуемостью, для последующего исследования концентрата.^Известно много способов и средств концентрирования биообъектов по различным параметрам: по весу, плотности, размерам, взаимодействию с химическими вещества-VJГО 00сл о

Формула изобретения SU 1 712 856 A1

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1992 года SU1712856A1

ЧирковаЭ
Н., Бабаев Ю
Н
Электромагнитная природа иммунитета и клеточной /^ифференцировки
Торфодобывающая машина с вращающимся измельчающим орудием 1922
  • Рогов И.А.
SU87A1
В
М
Глушкова, Киев, 1987, с
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
А., Методы исследования белков и нуклеиновых кислот
Электрофорез и ультрацентрифугирование, М.: Наука, 1981, с
Прибор для автоматического контроля скорости поездов 1923
  • Навяжский Г.Л.
SU485A1
.

SU 1 712 856 A1

Авторы

Генералов Владимир Михайлович

Бакиров Талгат Сальманович

Чермашенцев Валерий Михайлович

Даты

1992-02-15Публикация

1989-06-14Подача