Концентратор суспензий Советский патент 1992 года по МПК B01D29/00 B01D35/06 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для разделения и очистки биологических суспензий, а именно к лабораторным« фильтрами фильтродержателям, и может быть применено к суспензиям бактерий, спор, протопластов, клеточных органелл, форменных элементов крови или культур клеток.

При изучении указанных биологических объектов часто бывает необходимо промыть и сконцентрировать частицы суспензии. Применение для этой цели центрифугирования малопроизводительно и может травмировать объект за счет ускорения, уплотнения частиц в осадок и последующего диспергирования осадка. Этих недостатков лишена фильтрация, однако, если она происходит в нисходящем токе жидкости, то малоприпдна для суспензий высокой концентрации, поскольку фильтр быстро забивается осадком. Более эффективна

фильтрация в восходящем токе-, когда фильтр находится не на дне, а в верхней части сосуда, и жидкость отбирают насосом. При этом фильтр меньше забивается осадком, так как последний в основном скапливается на дне сосуда. Для удаления осадка с фильтра может быть использовано кратковременное переключение насоса на обратное направление потока.

Известен концентратор для фильтрации в восходящем токе, имеющий фильтровальную трубку, в расширенную часть которой помещают бумажную или мацерированную бумажную массу, которая служит фильтрующим слоем. Трубку присоединяют к вакуум- насосу и опускают в сосуд, где находится раствор с осадком, подлежащий отфильтро- выванию.

Данный аналог может применяться для получения фильтрата, но не пригоден для концентрирования суспензий. ПримененМ W

О СП

ел

00

ный фильтр задерживает частицы в своей толще, что делает их практически недоступными и не позволяет без больших потерь вернуть в суспензию путем обращения потока. Установка нижнего конца фильтрующей трубки на дне сосуда, т.е. в наиболее концентрированном слое, почти не дает преимуществ перед обычной фильтрацией. Наиболее эффективна установка фильтра у поверхности, в самом разряженном слое, но тогда трубку необходимо постоянно перемещать вслед за меняющимся уровнем жидкости.

Известен также фильтр для очистки воды от взвешенных частиц, представляющий собой вертикальную трубку, в средней части расширенную и наполненную дренажем {песок или т.п.), который служит фильтрующим материалом.

Данный анализ, как и предыдущий., не пригоден для концентрирования и сбора частиц.

Известен концентратор, в котором фильтродержатель действует как поршень, помещенный в вертикальный цилиндрический сосуд с суспензией. Между поршнем и сосудом имеются уплотнительные прокладки, Поршень пустотелый, а его нижняя поверхность представляет собой неотделимый пористый стеклянный фильтр. При опускании поршня жидкая фаза проходит сквозь фильтр, скапливается внутри поршня и может быть удалена через открытую верхнюю часть последнего.

В данном аналоге: применен стеклянный фильтр, т.е. глубинный, не позволяющий количественно собрать осадок; при работе с различными суспензиями необходимо иметь столько же фильтродержателей, так как стеклянный фильтр невозможно отмыть быстро; поршневая конструкция филь- тродержателя требует герметичной стыковки с сосудом для суспензии и поэто- . му сложнее в изготовлении, особенно если необходим набор фильтродержаталей; устройство малопригодно для биологических суспензий, поскольку частицы, попавшие под уплотнительные кольца, могут механически повреждаться и выделять вещества, изменяющие свойства всей суспензии.

Наиболее близким к предлагаемому является концентратор, представляющий собой конус из фильтрующего материала. Верхней широкой частью конус крепится к поплавку, а нижней узкой - к патрубку, соединенному шлангом с насосом. Поплавок удерживает фильтр в верхнем, наиболее разряженном слое суспензии, но может быть подобран так, чтобы фильтр находился на заданной глубине.

Для разделения биологических суспензий наиболее удобными и надежными являются мембранные фильтры. Изготовление фильтрующего конуса из такого материала

требует существенного усложнения всей конструкции для герметичного закрепления мембранного фильтра, предотвращения его разрыва и быстрой замены. Изготовление конуса из жестких пористых материалов (например, стекла) технически сложно; такие материалы требуют длительной промывки, что замедляет работу, если она ведется с несколькими суспензиями naTpy6ok и присоединенный к нему шланг ограничивают

возможное приближение конуса ко дну. Поэтому минимальный обьем, до которого может быть сконцентрирована суспензия, относительно велик. На поверхности шланга и патрубка оседают частицы, которые теряются, когда фильтродержатель извлекают из сконцентрированной суспензии.

Целью изобретения является создание простого по конструкции устройства, позволяющего в лабораторных условиях без потери и травмирования частиц промывать и концентрировать до меньшего (чем в прототипе) объема биологические суспензии методом фильтрации в восходящем токе с применением мембранных фильтров и позволяющего быстро заменять фильтры и промывать все устройство.

На фиг. 1-3 приведена схема устройства.

В состав концентратора входят фильтродержатель 1, перистальтический насос 2 и сосуд для суспензии 3. Пластмассовый корпус 4 фильтродержателя имеет вид стакана и состоит из дна 5 и боковой стенки 6. По внешней поверхности дна нанесены борозды (не показаны), в которых проделаны многочисленные сквозные отверстия. К дну снаружи прилегает мембранный или бумажный фильтр 7, края которого прижаты к стенке б обжимным кольцом 8. Внутрь корпуса,

у его дна, плотно вставлена воронка 9, на носик которой надета гибкая трубка 1Ю.

Устройство работает следующим образом.

Фильтр 7 прикладывают к дну 5 корпуса

6 и плотно фиксируют обжимным кольцом 8. Трубку 10 присоединяют к насосу 1. Суспензию, которую нужно промыть и сконцентрировать, наливают в цилиндрический сосуд 3, в который опускают фильтродержатель. П.оскольку большая часть внутреннего объема

корпуса б заполнена воздухом, фильтродержатель плавает в воде и лишь незначительно погружен. Включают насос 1 и выкачивают жидкую фазу из суспензии. Дно 5 предохраняет фильтр 7 от прогибания

внутрь, а борозды увеличивают эффективную фильтрующую площадь. Для удаления спор, скапливающихся на фильтре 7, насос периодически на 1-2 с переключают на нагнетание. Фильтродержатель встряхивают, Споры отделяются в виде сгустка 11, который опускается на дно сосуда. Фильтрат удаляют из суспензии до тех пор, пока фильтр 7 не опустится почти на дно сосуда 3. При необходимости промыть суспензию в нее добавляют свежую жидкость, и процедуру концентрирования повторяют.

В отличие от прототипа предлагаемое устройство позволяет использовать стандартные круглые мембранные фильтры, которые не задерживают частицы в своей толще. Легкая замена мембранных фильтров и однократное их применение позволяет быстро промывать устройство, что необходимо при работе с несколькими суспензиями.

Максимальная концентрация, до которой можно сгустить суспензию, зависит от минимального ее объема, который при этом достигается. В предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, минимальный объем конструктивно ничем не ограничен.

В отличие от прототипа погруженная часть фмльтродержателя не имеет выступающих деталей, которые могут задерживать частицы суспензии и тем самым вызывать их потерю.

Пример. Объект: споры гриба PyricuJaria oryzae, смытые с 10-дневной культуры на ага- ризованном морковном отваре. Споры имеют продолговатую форму и примерные размеры 10 мкм х 20 мкм. Использован мембранный фильтр диаметром 25 мм и порами 8 мкм. Суспензию (50 мл) концентрировали трижды до конечного объема 5 мл и затем е

добавлением (кроме последнего раза) 50 мл воды. Подсчитывали количество спор в сконцентрированной суспензии. Часть ее разбавляли до концентрации 35 5 тыс.спор/мл, инкубировали 5 ч при 23°, подсчитывали долю проросших спор и длину их ростковых трубок.

Результаты. Продолжительность процедуры 15 мин. Содержание спор в сконцент0 рированной суспензии 800 тыс/мл. Прорастание спор 66 ± 2%, длина ростковых трубок у проросших спор 8,8 ± 3,8 мкм. Степень концентрирования и жизнеспособ- ность спор достаточно высоки. Для сравне5 ния следует сказать, что выполнение той же задачи традиционным путем центрифугирования занимает 90 мин и дает споры, прора- стающие на 47 ±3% с ростковыми трубками 5,7 ± 2,8 мкм, т.е. с худшими по0 казателями жизнеспособности, чем при фильтрации. Общее количество спор в промытой суспензии, т.е. выход продукта, при центрифугировании примерно вдвое меньше, нем дает предлагаемое устройство.

5 Уменьшение потерь спор путем увеличения времени и скорости центрифугирования травмирует их еще сильнее.

Формула изобретения Концентратор суспензий, включающий

0 сосуд для суспензии, в котором размещен соединенный с насосом поплавковый филь- тродержагеяь, отличающийся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей за счет промывки и концентриро5 вания биологических суспензий без потери и травмирования, фильтродержатель выполнен в веде стакана, днище которого перфорировано и снабжено укрепленными снаружи мембранным фильтром с обжимным кольцом,

0

J- - : :

Фиг.1

Использование: промывка и концентрирование биологических суспензий. Сущность изобретения: концентратор содержит сосуд для суспензии, на поверхности которой плавает соединенный с насосом фильт- родержатель. Фильтродержатель выполнен в виде стакана с перфорированным дном и снабжен укрепленным снаружи у дна мембранным фильтром. 3 ил.

Фиг.З

Редактор Н.Горват

Составитель В.Лапикова Техред М.Моргентал

Корректор О.Кравцова