DE2558750C3 - Herstellung einer Masse von in einer physiologischen Lösung suspendierten, eine Zellwand aufweisenden lebenden Zellen von Lebewesen - Google Patents
Herstellung einer Masse von in einer physiologischen Lösung suspendierten, eine Zellwand aufweisenden lebenden Zellen von LebewesenInfo
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Description
Die Erfindung ist in den Patentansprüchen 1 und angegeben. Die Ansprüche 2 und 3 nennen Ausgestaltungen
des erfindungsgemaßen Verfahrens.
Zellen von Lebewesen haben die Fähigkeit, Metallionen,
die sich in einer physiologischen Flüssigkeit befinden, zu absorbieren. Werden Zellen von Lebewesen
in eine Metall- ionen enthaltende physiologische Flüssigkeit gegeben, so wrden jedoch nur diejenigen
Adsorberstellen der Zellen wirksam, die sich an den Oberflächen der Zellen befinden. Zweck der
Erfindung ist es, auch die innerhalb der Zellen vorhandenen Adsorberstellen für die Adsorption von in
einer physiologischen Flüssigkeit vorhandenen Metallionen nutzbar zu machen, um so die hohe Adsorptionsfähigkeit
von Zellen von Lebewesen für technische Zwecke einsetzen zu können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer in der Art eines Adsurptionsmittels
zur Aufnahme von Metallionen aus einer physiologischen Flüssigkeit einsetzbären Masse aus in einer physiologischen Flüssigkeit suspendierten, ZcII-wände
aufweisenden lebenden Zellen Von Lebewesen zu schaffen, das auf einfache und wirtschaftliche Weise
durchführbar ist und das zu einem eine hohe Adsor^ berwirkung aufweisenden Produkt führt.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Aufnahmefähigkeit von Zellen von Lebewesen für
Metallionen drastisch erhöht wird, wenn die im Zellinneren vorhandenen Adsorberstellen für die in der
physiologischen Flüssigkeit befindlichen Metallionen zugänglich gemacht werden, ohne daß die Zellen dabei
zerstört werden. Die Erfindung geht ferner davon aus, daß durch Einwirkung des elektrischen Feldes die
Membran der Zellen geöffnet wird, die Zellwand jedoch unverändert bleibt, so daß sie ihre Funktion, die
Membran zu stützen, weiterhin behält. Dabei wird die Lebensfähigkeit der Zellen nicht beeinträchtigt.
Durch die gebildeten Öffnungen gelangen sowohl Stoffe aus dem Zellinneren in die physiologische Lösung,
als auch Stoffe aus der physiologischen Lösung in das Zellinnere, so daß dann, wenn die Zellen in
eine Metallionen enthaltende Flüssigkei* gegeben werden, auch die Metallionen in das Zellinnere gelangen
und so die im Inneren der Zellen vorhandenen Adsorberstellen wirksam werden. Die Adsorptionsfähigkeit
der Zellen wird so für Metallionen beträchtlich erhöht.
Die Erfindung geht weiterhin davon aus, daß eine Permeabilitätserhöhung der Membran der Zellen und
damit ein öffnen der Zellen beim elektrischen Durchbruch
der Zellen bewirkt wird. Dabei werden die Zellen in eine eine Elektrolytlösung bildende physiologische
Flüssigkeit gegeben und zwei in die Flüssigkeit hineinragende Elektroden mit der elektrischen Spannung
beaufschlagt, die gerade den elektrischen Durchbruch der Zellen bewirkt. Die elektrische Spannung,
bei der dies erreicht wird, wird als elektrische Durchbruchspannung bezeichnet. Die Membran einer
lebenden Zelle, die in ili.cm Normalzustand elektrisch
nicht leitend ist. wird dabei elektrisch leitend. Die Höhe der elektrischen Durchbruchspannung, bei der
die Permeabilitätserhöhung eintritt, hängt im wesentlichen von den elektrischen Eigenschaften der Membran
der Zeile, von deren elastischen Eigenschaften,
von der Dicke der Membran der Zelle sowie der Größe der Zellen ab.
Als zweckmäßig hat sich dabei erwiesen, daß die Feldstärke des elektrischen Feldes I bis 20 kV beträgt.
Dabei kann so verf;i'ircn wrden, daß die die Zellen
enthaltende physiologische Lösung durch den F.inwirkungsbereich
des elektrischen Feldes strömen gelassen wird. Zweckmäßig ist es ferner, daß die Zellen
einem gepulsten elektrischen Feld mit einer Pulsdaucr von einer μsec bis zu einer Dauer au: gesetzt werden,
bei der die Zellen gerade noch nicht durch E-'rhit/ung
zer-»ört werden Die Feldstarke des elektrischen Feldes
ist dnhei so bemessen, daß sich an der Membran der Zellen die elektrische Durchbruchsspannung aufbaut.
Die Zahl der Pulse beträgt 2 bis 10.
Um zu erreichen, daß die nach dem Verfahren gemäß
tier Erfindung hergestellte Masse trotz Regeneration
der Zellen ihre volle Adsorptionsfähigkeit während ihrer Verwendung behält, wird die Masse
entweder direkt im Anschluß an ihre Herstellung in die physiologische Flüssigkeit gegeben, die die aufzunehmenden
Metalle enthält oder direkt in der die Metalle enthaltenden physiologischen Flüssigkeit hergestellt. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, die
Masse im Anschluß an ihre Herstellung im unterkühlten Zustand, etwa bei 0° C, bis zu ihrer Verwendung
aufzubewahren. Auf diese Weise ist es möglich, die hohe Adsorptionsfähigkeit der nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung hergestellten Masse über meh-
/ ju
rere Tage aufrechtzuerhalten.
Eine besonders vorteilhafte Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß in die
physiologische Lösung Proteinsyntheseinhibitoren, wie Cycloheximid od. dgl., in einer Konzentration von
10~6 Mol/I eingegeben werden. Dadurch wird erreicht,
daß die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung in den Zellen bewirkten Veränderungen und somit
auch die öffnungen in der Membran der Zellen durch Ausbleiben des Regenerationsprozesses weitgehend
erhalten bleiben und die erfindungsgemäß erhaltene Masse somit auch bei Normaltemperatur ihre
hohe Adsorptionsfähigkeit über längere Zeit beibehält.
Die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Masse besitzt eine Adsorptionsfähigkeit, die
um mindestens den Faktor 2 gegenüber der Adsorptionsfähigkeit von in einer physiologischen Lösung
suspendierten, im ursprünglichen Zustand befindlichen Zellen der gleichen Art erhöht ist. Für die Adsorption
von Kupfer aus einer physiologischen Lösung ist die Adsorptionsfähigkeit der beispielsweise aus
Meerwasserbakterien MB 22 hergestellten Masse bei Verwendung in einer Suspensionsdichte von 0,1 Gewichtsprozent
an Zellen in der Lösung und einer Konze ntration an Kupfer in der Lösung vcji 1 μΜοΙ/Ι etwa
um wenigstens einen Faktor 2 höher als bei Verwendung einer vergleichbaren Menge von im ursprünglichen
Zustand befindlichen Zellen gleicher Art und bei gleicher Suspensionsdichte und gleicher Konzentration
an Kupfer ·.! der Lösung.
In besonders vorteilhafter Weise wird die erfindungsgemäß
erhaltene Masse .mr Anreicherung von Metallen aus einer mindestens (1,5 miV'! Magnesiumund'oder
Calcium- sowie Kaliumionen enthaltenden wäßrigen Lösung, wie Meerwasser, Süßwasser, Abwasser
od. dgl. verwendet. Dabei wird die Masse in die wäßrige Lösung eingegeben und in dieser so lange
belassen, bis die Metalle in vorgesehener Konzentration von der Masse aufgenommen worden sind, worauf
die Masse von der wäßrigen Lösung abgetrennt wird.
F-s ist somit in vorteilhafter Weise möglich, die erfindungsgemäß
erhaltene Masse zur Gewinnung von in der Technik dringend benötigten Metallen, wie beispielsweise
Uran und Lithium einzusetzen. Diese Metalle sind in Meerwasser zwar in großer Menge, jedoch
in so hoher Verdünnung vorhanden, daß es bisher nicht gelungen ist, sie in wirtschaftlicher Weise aus
dem Meerwasser zu gewinnen. Die Verwendung der Masse gemäß der F.rfindung macht infolge ihrer sehr
hohen Adsorptionsfahigkeit für die Metalle Uran und Lithium die wirtschaftliche Gewinnung dieser Metalle
möglich, wobei die Wirtschaftlichkeit noch dadurch erhöht ist, daß bei der Herstellung der Masse von
Chlorella- oder Dunallieia-Algen oder Meerwasserbakterien
MB 22 ausgegangen wird, die in Nitrat- oder Phnsphatabwassern, die beispielsweise bei der
Waschmittelhirstellung anfallen, gezüchtet worden sinü, Diesermygütht außerdem eine sehr wirtschaft.ü-
ehe Rückgewinnung von Metallen aus industriellen Abwässern.
Ausführungsbeispiel 1
Chlorelia-Algen wurden in einer Dichte von etwa 10 Gewichtsprozent in eine Flüssigkeit gegeben, die
0,5 Gewichtsprozent NaCl enthält und daher eine gut leitende Elektrolytlösung bildet. Mittels einer Einrichtung
zur Erzeugung einer elektrischen Hochspannung wurde darauf viermal hintereinander in Abständen
von einigen Sekunden ein elektrischer Spannungsimpuls einer elektrischen Spannung von etwa
10 kV und einer Pulsdauer von 10 us auf zwei in die Lösung hineinragende, flache quadratische Platin-
1> elektroden mit den Abmessungen 3 cm · 3 cm gegeben.
Zur Absorption von Uran aus Seewasser wurden die Zellen im Anschluß daran aus der Lösung abzentrifugiert
und etwa 5 g Zellen in 100 Liter Seewasser
-" eingegeben, das 430 mM/I NaCI, 50 mM/1 MgCi,,
9,5 mM/1 KCI, 10 mM/1 CaCl, 2 μΜ/Ι Lithium sowie
0,03 μΜ/l Uran enthielt und die Zellen etwa 24 Stunden unter Rühren in dem Seewasser belassen. Der
im Anschluß daran bestimmte Anreicherungsfaktor
-'· von Uran in den Zellen, bezogen auf die Konzentration
des Urans im Seewasser, wurde zu 10' bestimmt.
Ausführungsbeispiel 2
Meereswasserbakterien MB 22 wurden in ein Me-
i» dium mit folgender Zusammensetzung eingegeben:
400 mM/1 NaCl, 10 mM/1 KCl, 20 mM/1 MgSO4,
15 mM/I MgSO4, 15 mM/1 MgCI2, 3 mM/1 Na2HPO4,
0,7% Caseinhydrolysat und 0,01% Hefeextrakt.
Das Wachstum der Bakterien erfolgte über Nacht
i· bei 30° C unter Begasung mit einem Gemisch aus 5%
COP2 und 95% O2. Im Anschluß daran wurden die
Zellen durch zehnminütiges Zentrifugieren bei 10000 g dem Nährmedium entnommen und zweimal
mit einem Medium der vorgenannten Zdsammenset-
'" zung, jedoch ohne die Substrate Caseinhydrolysat und
Hefeextrakt, gewaschen und darauf auf eine Suspensionsdichte von etwa 20 Gewichtsprozenten gebracht.
Mittels einer F.inrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Hochspannung wurden in der Suspension
·· 10 kV über einen Kondensator von 4 μΡ entladen, was
einer Pulsdauer von etwa 40 μ5βΰ entspricht.
Im Anschluß daran wurde die Suspension im Gewichtsverhältnis von 1:100 in ein Medium der vorgenannten
Zusammensetzung, jedoch wieder ohne die
>" Substrate und mit einem Kupferionengehalt von einem
μΜ/Ι gegeben und zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
Zur Bestimmung des Anreicherungsfaktors von Kupfer in den Zellen wurden diese aus der Lösung
·· abzentrifugiert, in einer Kaltveraschungsanlage verascht
und im Rückstand das Kupfer chemisch bestimmt. F.in Vergleich des so bestimmten Kupfergehaltes
in den Zellen mit dem Kr.pfergelinlt in der Ausgangslösung ergab, daß eine Anreicherung um
w» den Faktor 3 erfolgt war
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer Masse von in einer physiologischen Lösung suspendierten,
eine Zellwand aufweisenden lebenden Zellen von Lebewesen zur Aufnahme von Metallionen aus einer
physiologischen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß Chlorella-, Dunalliela-AI-gen
oder Meerwasserbakterien MB 22, die in der physiologischen Lösung in einer Dichte bis zu 20
Gewichtsprozent, auf das Gewicht frischer Zellen bezogen, suspendiert sind, einem elektrischen
Feld mit einer Kraft und mit einer Dauer der Einwirkung der Kraft ausgesetzt werden, daß die
Membran der Zellen so verändert wird, daß im Zellinnern vorhandene Stoffe, deren Durchmesser
im Bereich zwischen 2 und 50 A liegt, aus dem Zellinnern in die physiologische Lösung gelangen,
wobei die elektrische Feldstärke und die Dauer der Einwirkung der elektrischen Feldstärke so begrenzt
sind, daß die Veränderungen der Membran der Zellen durdi Regeneration der Zellen ausheilbar
sind.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zellen einem elektrischen Feld einer Feldstärke von 1 bis 20 kV ausgesetzt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die physiologische Lösung
Proteinsyntheseinhibitoren in einer Konzentration von 10 6 Mol/l eingegeben werden.
4. Verwendung der Masse nach Anspruch 3 zur Anreicherung von Metallen aus einer mindestens
0,5 mM Magnesium- und'oder Calcium- sowie
Kaliumionen pro Liter enthaltenden wäßrigen Lösung.
Priority Applications (6)
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