DE2207615C3 - Device for determining the oxygen consumption of microorganisms or cells - Google Patents
Device for determining the oxygen consumption of microorganisms or cellsInfo
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Description
Die Erfinaing betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs von Mikroorganismen oder Zellen, bei der die Kulturkammer durch eine für Gase durchlässige Membran aus Polytetrafluoräthylen in einen Flüssigkeitsraum und einen zylindrischen Gasraum unterteilt ist, eine Clarksche Platinelektrode in den Gasraum eintauchend angeordnet ist und ein Einlaßventil für den Ersatz des verbrauchten sauerstoffhaltigen Gases vorgesehen istThe invention relates to a device for determination the oxygen consumption of microorganisms or cells in which the culture chamber is filled with a for Gas-permeable membrane made of polytetrafluoroethylene in a liquid space and a cylindrical one Gas space is divided, a Clark platinum electrode is arranged immersed in the gas space and a Inlet valve is provided for the replacement of the used oxygen-containing gas
Die Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs von Zellen wird dazu benutzt, um den schädigenden oder stimulierenden Einfluß von Gasen, Flüssigkeiten oder partikelförmigen Feststoffen aur den Stoffwechsel von biologischem Material fesizust Jlen. Die Hemmung der Zellatmung unter Gewebekulturbedingungen dient somit dazu, die Größe einer eventuellen Zellschädigung festzustellen.The determination of the oxygen consumption of cells is used to determine the damaging or stimulating influence of gases, liquids or particulate solids on the metabolism of biological material fesizust Jlen. Inhibition of Cell respiration under tissue culture conditions is used thus to determine the extent of any cell damage.
Zur Messung der Zellatmung werden die sauerstoffverbrauchenden biologischen Zellen oder Bakterien in einer Flüssigkeit, beispielsweise einer biologischen Nährlösung, aufgeschwemmt und die Abnahme des Sauerstoffpartialdrucks in der Flüssigkeit oder in dem durch eine Membran abgetrennten sauerstoffhaltigen Gas bestimmtTo measure cell respiration, the oxygen-consuming biological cells or bacteria are used in a liquid, for example a biological nutrient solution, and the decrease of the Oxygen partial pressure in the liquid or in the oxygen-containing one separated by a membrane Gas determined
Es sind daher Vorrichtungen bekannt, bei denen die Clarksche Platinelektrode direkt in die Zellaufschwemmung eintaucht Diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß zur guten Sauerstoffversorgung des Sauerstoffverbrauchers eine kontinuierliche Bewegung der Flüssigkeit erforderlich ist, die infolge der ständigen mechanischen Irritation der Zellen gegebenenfalls einen schädigenden Einfluß ausüben kann.Devices are therefore known in which the Clark platinum electrode is inserted directly into the cell suspension immersed These devices have the disadvantage that for a good oxygen supply of the Oxygen consumer a continuous movement of the liquid is required as a result of the constant mechanical irritation of the cells can possibly exert a damaging influence.
Es sind weiter Vorrichtungen bekannt, bei denen die Kulturkammer durch eine für Gase durchlässige « Membran aus Polytetrafluoräthylen in einen Flüssigkeitsraum und einen Gasraum unterteilt ist Nach dem Einfüllen der Zellen in den oberen Flüssigkeitsraum sedimentieren sie auf der Membran und befinden sich somit zwischen Fliissigkeits- und Gasphase. Die Sauerstoffversorgung der Zellen ist auch ohne Bewegung der Flüssigkeit sehr gut, da der Diffusionsweg zwischen Zellen und Gasphase sehr klein ist. Außerdem taucht die Clarksche Platinelektrode bei dieser Anordnung direkt in den Gasraum ein, wodurch schon eine 6S hohe Empfindlichkeit hinsichtlich der Änderungen des Sauerstoffpartialdrucks erzielt wird, da die Meßelektrode von den Vorgängen im Flüssigkeitsraum nicht beeinflußt wird. Allerdings sieht diese bekannte Vorrichtung lediglich ein Einlaßventil für den Ersatz des verbrauchten sauerstoffhaltigen Gases vor, was den Nachteil hat, daß dieser Vorgang, da er ausschließlich durch Diffusion erfolgt, sehr lange dauert. Dadurch sind längere Unterbrechungs- und Einstelizeiten beim Meßvorgang erforderlich. Hierdurch werden jedoch automatische Reihenuntersuchungen sehr erschwert, wenn nicht gar unmöglich gemacht.Devices are also known in which the culture chamber is divided into a liquid space and a gas space by a membrane made of polytetrafluoroethylene which is permeable to gases . The oxygen supply to the cells is very good even without movement of the liquid, since the diffusion path between cells and gas phase is very small. In addition, the Clarksche platinum electrode in this arrangement, is immersed directly into the gas space, which has a 6 S high sensitivity is achieved with respect to the changes in the oxygen partial pressure, as the measuring electrode is not influenced by the events in the liquid space. However, this known device only provides an inlet valve for the replacement of the used oxygen-containing gas, which has the disadvantage that this process, since it takes place exclusively by diffusion, takes a very long time. This means that longer interruption and setting times are required during the measurement process. However, this makes automatic series examinations very difficult, if not impossible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen bedeutend zu verbessern, so daß eine schnelle, konliunierliche und automatische Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs möglich istThe invention is based on the object of significantly improving the known devices, see above that a fast, regular and automatic determination of the oxygen consumption is possible
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Gasraum noch eine durch einen thermostatisierten Metallblock geführte, sich zum Gaseinlaß verjüngende waagerechte Bohrung geführt ist, und am Gasein- und -auslaß elektromagnetische Ventile vorgesehen istIn the device mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that in the gas space is passed through a thermostatically controlled metal block, tapering towards the gas inlet horizontal bore is guided, and electromagnetic valves are provided at the gas inlet and outlet
Außerdem sind die Kulturkammer und seitlich davon die Clarksche Platinelektrode von oben luftdicht in den Gasraum eingesetzt. Um eine luftdichte Verbindung zu erreichen, ist die Kulturkammer mit einem eine Lippendichtung tragenden Abstreifring in den Metallblock eingesetzt. Außerdem ist die Gewebekulturkammer mit einer Abdeckkappe versehen.In addition, the culture chamber and to the side of it the Clark platinum electrode are airtight from above in the Gas compartment used. In order to achieve an airtight connection, the culture chamber is equipped with a one The wiper ring supporting the lip seal is inserted into the metal block. Also is the tissue culture chamber provided with a cover cap.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung als Querschnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing as a cross section and is described in more detail below.
Den Boden der aus einem hitzebeständigen Kunststoff, z. B. aus Polytetrafluoräthylen hergestellten runden Kulturkammer I bildet eine gasdurchlässige Membran 2 aus Polytetrafluoräthylen, die durch einen eingepaßten Spannring 3 aus dem gleichen Materia1 gespannt wird. Als oberer Abschluß der Kulturkammer 1 ist auf den Kunststoffkörper ein Metallring 4 aus z. B. austenitischem Chrom-Nickelslahl und darauf eine runde optisch plane Glasplatte 5. die mit einem Einfüllschliff 6 versehen ist, mi' einem hitzebeständigen Kleber luftdicht aufgeklebt worden. Die Kulturkammer 1 umschließt den Flüssigkeitsraum 16, in den die i" einer Nährflüssigkeit aufgeschwemmten Zellen vor Beginn der Messung durch den Einfüllschliff 6 gegeben werden.The bottom of the heat-resistant plastic, for. B. made of polytetrafluoroethylene round culture chamber I forms a gas-permeable membrane 2 made of polytetrafluoroethylene, which is tensioned by a fitted clamping ring 3 made of the same Materia 1. As the upper end of the culture chamber 1, a metal ring 4 made of z. B. austenitic chrome-nickel steel and on it a round optically flat glass plate 5. which is provided with a filler joint 6, mi 'a heat-resistant adhesive has been glued airtight. The culture chamber 1 encloses the fluid chamber 16, in which the i "of a nutrient fluid bloated cells before the start of the measurement are given du r ch the Einfüllschliff. 6
Durch diesen Einfüllschliff 6 können vor oder während der Messung weitere, die Zellatmung schädigende
oder stimulierende Zusätze gegeben werden. Mittels eines luftdicht in den Metallblock 7 eingepaßten
Abstreifringes 8 mit Lippendichtung kann die Kuiturkammer 1 von oben in den Metallblock 7 unter
Herstellung einer luftdichten Verbindung zum Gasraum 10 eingesetzt werden. Ober der Kulturkammer I
befindet sich eine Abdeckkappe 9. z. B. aus Plexiglas, um
einmal eine Wärmeabgabe an die Umgebung zu verhindern oder bei einer lichtundurchlässigen Ausfühnincv Ηΐο
σ Through this fill-in section 6, further additives which damage or stimulate cell respiration can be added before or during the measurement. By means of a wiper ring 8 with a lip seal fitted airtight into the metal block 7, the Kuiturkammer 1 can be inserted into the metal block 7 from above, producing an airtight connection to the gas space 10. A cover cap 9 is located above the culture chamber I. B. made of plexiglass, in order to prevent a heat release to the environment or in an opaque execution nincv Ηΐο
σ
kioton riumhkioton riumh
monochromatischen Lichtquelle den Sauerstoffverbraucher, ζ. Β. biologische Zellen, hinsichtlich seines Sauerstoffverbrauchs mittels Licht zu stimulieren. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Sauerstoffverbraucher durch die Glasplatte 5 zu mikroskopieren.monochromatic light source the oxygen consumer, ζ. Β. biological cells, with regard to his To stimulate oxygen consumption by means of light. There is also the possibility of the oxygen consumer microscope through the glass plate 5.
In dem Metallblock 7 befindet sich der Gasraum iO. Er besteht aus dem unter der Membran 2 befindlichen zylinderförmigen Raum 17 und aus der sich zum Gaseinlaß verjüngenden waagerechten Bohrung 13, die am Anfang und am Ende durch die elektromagnetischen Ventile 11 und 12 luftdicht verschlossen werden kann. Der Gasraum 10 muß so klein wie möglich gehalten werden, wenn eine hohe Empfindlichkeit gegenüberThe gas space is OK in the metal block 7. It consists of the one located under the membrane 2 cylindrical space 17 and from which to Gas inlet tapered horizontal bore 13, which at the beginning and at the end through the electromagnetic Valves 11 and 12 can be closed airtight. The gas space 10 must be kept as small as possible be when high sensitivity to
einer Änderung des Sauerstoffpartialdrucks erzielt v/erden soll. Durch Auswahl eines entsprechend breiten Spannringes 3 kann beispielsweise das Volumen des Gasraumes 10 verändert werden.a change in the oxygen partial pressure should be achieved. By choosing an appropriately wide one Clamping ring 3, for example, the volume of the gas space 10 can be changed.
Außerdem ist von oben eine Clarksche Platinelektrode so in den Metallblock 7 eingesetzt, daß sie gleichfalls in den Gasraum 10 eintaucht.In addition, a Clark platinum electrode is inserted into the metal block 7 from above in such a way that it is also immersed in the gas space 10.
Bei geöffneten Ventilen 11 und 12 strömt das sauerstoffhaltige Gas durch das Ventil 11 in d~n Gasraum 10 ein und durch das Ventil 12 wieder heraus. Durch die Durchströmang des Gasraumes 10 wird eine schnelle Erneuerung des verbrauchten Sauerstoffs erzielt. Die Ventile schließen sLii automatisch wobei das Schließen der Ventile über den Peduktionsstrorr der Clarkschen Platinelektrode 13 gt:.^clt wird. Soll die Gaszusammensetzung im Ga-'-au.,; 10 während des Meßvorgangs geändert ν erden, ·-> kann das neue Gasgemisch mit leichtem Üur-<iruck durch das Ventil 11 in den Gasrauui iö bei zu6ie'ch geöffnetem Ventil 12 eingelassen werden, ύ s-os Durchströmen des Gasgemisches durch den Gasraum 10 kann gleichfalls elektrisch über die Clarksche F'lu'inelektrode 13 in Verbindung mit einem Schreiber gesteuert werden. Außerdem ist hierbei auch der Zusatz von biologisch schädlichen oder stimulierenden Gasen möglich.When the valves 11 and 12 are open, the oxygen-containing gas flows through the valve 11 into the gas space 10 and out again through the valve 12. As a result of the flow through the gas space 10, a rapid renewal of the oxygen used is achieved. The valves close automatically, with the closing of the valves via the Peduktionsstrorr of Clark's platinum electrode 13 gt:. ^ Clt. Should the gas composition in the Ga -'- au.,; Changed 10 during the measuring ν ground, · ->, the new gas mixture with light Ü u r <iruck through the valve 11 IÖ in Gasrauui at be admitted to 6 ie'ch open valve 12, ύ s-os flows through the gas mixture Through the gas space 10 can also be controlled electrically via the Clark's flu'in electrode 13 in connection with a writer. In addition, it is also possible to add biologically harmful or stimulating gases.
Der Meta"block 7 und damit auch die Clarksche Platinelektrode 13, der Gasraum 10 sowie die Kulturkammer 1 werden durch einen Wasserdurchfluß von gewünschter Temperatur durch die Hohlräume 14 thermostatisiert. Auch das dem Ventil 11 zugeführte Gasgemisch wird beim Durchgang durch die als U-Rohr ausgebildete Sammelleitung 15 gleichfalls thermostatisiert, bevor es in den Gasraum 10 eingelassen wird. In dem Metallblock 7 körnen selbstverständlich mehrere, z.B. sechs Kulturkammern 1, Clarksche Platineleknoden 13 sowie Gasräume 10 nebeneinander angeordnet werden.The meta "block 7 and thus also the Clark platinum electrode 13, the gas space 10 and the Culture chamber 1 is opened by a flow of water at the desired temperature through the cavities 14 thermostated. The gas mixture fed to the valve 11 is also used as a U-tube when passing through the valve formed collecting line 15 is also thermostated before it is let into the gas space 10. In The metal block 7 can of course have several, e.g. six, culture chambers 1, Clark's platinum electrodes 13 and gas spaces 10 are arranged side by side.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die den Sauerstoffverbrauchern angebotene Gaszusammensetzung automatisch und innerhalb weniger Senkunden verändert werden kann. Hierdurch wird ein Sauerstoffmangel-Milieu der Zellen verhindert und man läßt durch die automatische Steuerung die Zellen stets im optimalen Sauerstoffbereich atmen. Außerdem ist die den Sauerstoffverbraucher in einer Nährflüssigkeit aufnehmende Kulturkammer 1 sterilisierbar. Schließlich ist auch während des ganzen Meßvorgangs und v:'.irend der Veränderung der Gaszusammensetzung eine T°.mperaturkonstanz in der Kulturkammer 1, im Gasraum 10 und in der Clarkschen Platinelektrode 13 gewährleistet.The advantages achieved by the invention are in particular that the oxygen consumers offered gas composition can be changed automatically and within a few seconds. This prevents an oxygen deficiency environment of the cells and one lets through the automatic Controls the cells to always breathe in the optimal oxygen range. In addition, she is the oxygen consumer culture chamber accommodating in a nutrient fluid 1 sterilizable. Finally, there is also no change during the entire measuring process the gas composition a T ° .Mperaturkonstanz in the culture chamber 1, in the gas space 10 and in the Clark's platinum electrode 13 guaranteed.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
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Publications (3)
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| DE2207615B2 DE2207615B2 (en) | 1976-07-15 |
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