Устройство для выращивания кристаллов белка Советский патент 1992 года по МПК C30B7/00 C30B29/58 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в биохимии, биологической кристаллографии, кристаллохимии, химии натуральных веществ и т.д

Для изучения в рентгеновских лучах или путем нейтронной дифракции структуры биологической макромолекулы необходимы отдельные монокристаллы подходящих размеров (порядка одного миллиметра в каждом из 3-х измерений).

Трудности получения макромолекул в больших количествах привели к выработке на земле методов микрокристаллизации, главным из которых является диализ.

Получение биокристаллов высокого качества и соответствующих размеров возможно лишь в условиях космоса, что в свою очередь требует наличия малогабаритных устройств высокой производительности и надежности

Известное устройство для выращивания кристаллов состоит из блока заправки, являющегося блоком белковых камер, герметичного корпуса с цилиндрическими полостями, в которых расположены цилиндрические поршни с проточками, которые заполняются соответственно буферными и солевыми растворами разных или одинаковых концентраций, каналов заполнения камер, механизма перемещения цилиндрических поршней Процесс кристаллизации начинается после перемещения поршня в результате которого поVI о

оо

Ю GJ

лость поршня, заполненная буферным рас- т вором заменяется полостью с солевым раствором.

Недостатками известного устройства являются резко растущие габаритные размеры и вес при значительном увеличении числа белковых камер. Поэтому известное устройство не может быть применено при массовом изготовлении кристаллов белка. Оно применяется для исследовательских работ, при отработке технологии кристаллизации белка.

Цель изобретения - повышение производительности, уменьшение габаритов и веса устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для выращивания кристаллов белка содержит блок кристаллизационных камер (белковых камер), корпус с крышкой, две эластичных емкости, каждая из которых соединена с полостью корпуса через клапан одностороннего действия и с окружающей средой через герметично затворяемый при помощи эластичной пробки и планки канал. Причем одна из эластичных емкостей в исходном положении устройства заполнена солевым раствором, а другая - опорожнена. Эластичная емкость, заполненная солевым раствором, снабжена нажимным устройством, при помощи которого солевой раствор можно вытеснить через клапан в полость корпуса. Нажимное устройство представляет собой совокупность корпуса нажимного устройства со штоком и резьбовой втулки с фланцем, внутри которой размещается эластичная емкость с солевым раствором,

При навинчивании корпуса нажимного устройства на резьбовую втулку, шток, связанный с корпусом нажимного устройства, воздействует на эластичную емкость, сжимает последнюю и вытесняет солевой раствор через клапан в полость корпуса.

В полости корпуса помещен рассекатель потока, представляющий собой металлическое сито и поджатый при помощи решетки к стенке полости, в которой выполнены цилиндрические каналы, соединяющие полость с цилиндрическими камерами. Решетка представляет собой корытообразную деталь из пластмассы, наружные размеры которой соответствуют размерам полости, и которая имеет в основании ряды равномерно распределенных отверстий одного диаметра величиной порядка одного миллиметра.

Кристаллизационные камеры цилиндрической формы выполнены в отдельном блоке, который соединен с корпусом через две уплотнительные про кладки, между которыми помещена диализная мембрана. В уплотнительных прокладках выполнены цилиндрические каналы, соосные с кристалли- ззционнымикамерами.

Кристаллизационные камеры после заполнения раствором белка в буфере герметично затворяются при помощи уплотнительных пробок и планок.

Полость корпуса в исходном положении заполняется буферным раствором, для

чего в корпусе выполнены два противоположно расположенных и герметично затворяемых канала. Затвор каналов представляет собой уплотнительную пробку, поджатую планкой.

Блоке кристаллизационными камерами

выполнен из прозрачного материала (например оргстекла), что позволяет визуально наблюдать за течением процесса кристаллизации, который начинается в тот момент,

когда солевой раствор под действием нажимного устройства из эластичной емкости через клапан поступает в полость корпуса и вытесняет из последней буферный раствор через второй клапан в порожнюю эластичую

емкость. При этом солевой раствор перемешивается с буферным раствором.

Концентрация результирующего раствора в полости корпуса изменяется во времени. Она возрастает по мере вытеснения

солевого раствора из эластичной емкости в полость корпуса, и так как объем полости на порядок меньше объема эластичной емкости, концентрация результирующего раствора стремится достичь концентрации

солевого раствора, заправленного в эластичную емкость.

Предлагаемое устройство позволяет получить малогабаритное устройство с большим числом белковых камер. Расположение белковых камер в предлагаемом устройстве компактно с небольшим шагом расположения камер, позволяет применить общую диализную мембрану, что дает возможность повысить качество герметизации

белковых камер за счет получения эффекта лабиринтного уплотнения белковых камер. Если в каком-либо месте будет пропуск, то белок может попасть только в такую же белковую камеру. Общая полупроницаемая

мембрана гарантирует проникновение солевого раствора в камеры белкового раствора только путем диффузии через мембрану.

Известно применение эластичной емко- сти с нажимным устройством, например, в передвижных уплотнениях, где необходимо соблюдение точно абсолютной герметичности поршневой системы. Однако известное устройство применяется как передвижное уплотнение в отношении агрессивных сред

или усиления давления, но не может использоваться для выращивания кристаллов белка.

Предлагаемое устройство служит этой цели. Наличие корпуса с полостью с присо- единенными двумя эластичными емкостями, каждая из которых имеет сообщение с полостью корпуса через клапан одностороннего действия, и с окружающей средой через герметично затворяемый канал, при- чем одна из эластичных емкостей в исходном положении устройства заполнена солевым раствором, другая же опорожнена, нажимного устройства у одной из эластичных емкостей, при помощи которого можно вытеснить через клапан в полость корпуса, а содержимое полости - через второй клапан во вторую эластичную емкость, позволяет выполнить эту задачу.

На фиг. 1 изображено устройство для выращивания кристаллов белка, основной вид; на фиг. 2 - элемент I фиг.1; на фиг.З - элемент I фиг.1; на фиг. 4 - вид А фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Б-Б фиг.1.

Устройство для выращивания кристаллов белка состоит из корпуса 1, крышки 2, блока 3, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда и скрепленных между со- бошй при помощи винтов уплотненные про- кладки 4 и 5 с образованием полости 6 между корпусом 1 и крышкой 2. В полости 6 помещены решетка 7 и уложенная в несколько слоев тонкая ткань 8 из искусственного волокна, способная пропустить через себя буферный и солевой растворы, и выполняющие совместно функции рассекателя потока, а также клапан 9 ниппельного типа, состоящий из корпуса 10 и упругой трубки 11. Клапан 9 крепится к крышке при помощи резьбы, нарезанной на корпусе 10, через уплотнительное кольцо 12 и шайбу 13. Для завинчивания клапан 9 на корпусе 10 выполнен бурт 14, имеющий форму шестигранника. К крышке 2 при помощи втулок 15 и 16, имеющих соответственно фланцы 17 и 18 с выступами 19 и 20, крепятся при помощи винтов эластичные емкости 21 и 22. Эластичные емкости 21 и 22 предварительно крепятся к соответствующим выступам 19 и 20 при помощи нити 23. Для уплотнения соединений эластичных емкостей 21 и 22 с крышкой 2 служат уплотнительные прокладки 24 и 25. Эластичная емкость 21 снабжена нажимным устройством 26, состоящим из корпуса 27 с внутренней резьбой, жестко соединенного с корпусом штока 28, свободно вращающихся на штоке 28 втулки 29 и наконечника 30. Наконечник 30 крепится к

штоку 28 при помощи винта 31 и шайбы 32.

Свободно вращающиеся на штоке 28 втулка 29 и наконечник 30 позволяют при навинчивании корпуса 27 на втулку 15 сжимать эластичную емкость 21 без скручивания. При сжатии эластичной емкости 21 нажимным устройством 26, эластичная емкость наползает на втулку 29. Эластичная емкость 21 соединена с полостью 6 через клапан 9 и с окружающей средой через канал 33, который герметично затворяется при помощи уплотнительной пробки 34, планки 35 и винтов 36.

Эластичная емкость 22 соединена с полостью 6 через клапан 37, аналогичный клапану 9, но установленный со стороны емкости 22, а также и с окружающей средой через канал 38, который аналогично каналу 33, герметично затворяется при помощи такой же уплотнительной пробки 34, планки 35 и винтов 36. В блоке 3 выполнены кристаллизационные камеры 39 цилиндрической формы, герметично затворяемые при помощиуплотнительных пробок40, шайб41 и винтов 42. В корпусе 1, а также в двух уплотнительных прокладках 5, выполнены каналы 43 цилиндрической формы, соосные с кристаллизационными камерами 39 и соединяющие полость 6 с кристаллизационными камерами 39. Между уплотнительными прокладками 5 помещена диализная мембрана 44. Полость 6 соединена с окружающей средой через два диаметрально расположенных канала 45, которые, аналогично каналам 33 и 38 герметично затворяются при помощи таких же уплотнительных пробок 34 и планок 35.

Устройство работает следующим образом,

Эластичная емкость 21, через канал 33, полностью заправляется солевым раствором (без остатков воздуха, который через канал 33 вытесняется в окружающую среду). Для чего нажимное устройство 26 максимально отвинчивают с резьбовой втулки 15 после заполнения эластичной емкости 21 канал 33 герметично затворяется при помощи уплотнительной пробки 34 и планки 35.

Эластичная емкость 22, через канал 38 максимально опорожняется, после чего канал 38 герметично затворяется аналогично каналу 33. Полость 6 через каналы 45 полностью заполняется буферным раствором (без остатков воздуха), после чего каналы 45 герметично затворяются, аналогично каналам 33 и 38. Кристаллизационные камеры 39 заполняются белковым раствором после чего герметично затворяются при помощи уплотнительных пробок 40 и шайб 41. Устройство

готово к работе. Навинчивая нажимное устройство 26 по резьбе втулки 15, сжимаем эластичную емкость 21, создаем необходимое для открытия клапанов 9 и 37 давление солевого раствора и вытесняем последний из эластичной емкости 21 в полость 6. Образующаяся при этом смесь буферного и солевого растворов вытесняется через клапан 37 в эластичную емкость 22. Продолжая процесс вытеснения солевого раствора из эластичной емкости 21 в полость 6, повышаем концентрацию соли в смеси, образующейся в полости 6. В тот момент времени. когда концентрация соли в образующейся смеси достигнет величины, необходимой для кристаллизации белка, и начинается процесс кристаллизации белка.

Преимуществами предлагаемого устройства в сравнении с аналогом является возможность массового производства кристаллов белка за счет значительного снижения удельного веса и объема устройства на один кристалл, что имеет особое значение при организации производства в космос, повышение надежности устройства за счет герметизации белковых камер общей диализной мембраной, что создает эффект лабиринтного уплотнения белковых камер и гарантирует проникновение солевого раствора в белковые камеры только путем диффузии.

4-4Формула изобретения 1. Устройство для выращивания кристаллов белка, включающее герметичный корпус, блок камер кристаллизации, отделенный от него уплотнительными прокладками с диализной мембраной между ними и соединенный с емкостью для буферного раствора и камерой для солевого раствора, снабженной средством его подачи, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, уменьшения габаритов и веса устройства, емкость для буферного раствора выполнена в корпусе в виде полости, соединенной через клапаны одностороннего действия с камерой для солевого раствора и с дополнительной камерой-сборником, которые расположены на корпусе и выполнены из эластичного материала, в корпусе и уплотнительных прокладках выполнены каналы, соосные с камерами кристаллизации, которые установлены в блоке под корпусом с возможностью герметичного отделения блока камер кристаллизации, а в полости расположен

рассекатель потока растворов.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что средство для подачи солевого раствора выполнено в виде штока, жестко соединенного с гайкой, установленной по

0 резьбе на втулке, внутри которой расположена камера для солевого раствора,

26

28

27

39

41

Использование в приборостроении, биохимии, кристаллохимии. Сущность: устройство включает герметичный корпус, блок камер кристаллизации, отделенный от него уплотнительными прокладками с диализной мембраной между ними и соединенный с емкостью для буферного раствора и камерой для солевого раствора, снабженной средством его подачи. Емкость для буферного раствора выполнена в корпусе в виде полости, соединенной через клапаны одностороннего действия с камерой для солевого раствора и с дополнительной камерой-сборником, которые расположены на корпусе и выполнены из эластичного материала. В корпусе и уплотнительных прокладках выполнены каналы, соосные с камерами кристаллизации которые установлены в блоке под корпусом с возможностью герметичного отделения блока камер кристаллизации , а в полости расположен рассекатель потока растворов Средство для подачи солевого раствора выполнено в виде штока, жестко соединенного с гайкой, установленной по резьбе на втулке, внутри которой расположена камера для солевого раствора Обеспечивается повышение производительности, уменьшение габаритов и веса устройства Повышена надежность за счет герметизации камеры для солевого раствора. 1 з п. ф-лы, 5 ил (Л

35

Ъ , p I

1/J5

фиг. 5