DE4133081A1 - Biochemical reaction setting e.g. for microorganism and cell cultivation - by using digital generation of mechanical oscillation with a freely-programmed magnetic field strengths and locations - Google Patents

Biochemical reaction setting e.g. for microorganism and cell cultivation - by using digital generation of mechanical oscillation with a freely-programmed magnetic field strengths and locations

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DE4133081A1 DE19914133081 DE4133081A DE4133081A1 DE 4133081 A1 DE4133081 A1 DE 4133081A1 DE 19914133081 DE19914133081 DE 19914133081 DE 4133081 A DE4133081 A DE 4133081A DE 4133081 A1 DE4133081 A1 DE 4133081A1
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Abstract

To set the effect of biochemical reactions, esp. with living cells or microorganisms with freely-programmed magnetic field strengths and locations, a programmable elastic and mechanical spiral wave on a longitudinal extension of one or more resonators and/or an eddy field on a defined plane is generated by one or more oscillators. Particles and/or the living cells and microorganisms, nutrients, gases, catalysts and/or other matter are carried to the oscillation carriers within and/or on them at the wave and/or eddy field according to the excitation, frequency, phase and amplitude under digital control to the effect point to or from the cell cultures, together with other chemical substances. They are programmed and/or into natural or other movements or other oscillations. The matter or the microorganisms are kept at a unified temp.. USE/ADVANTAGE - For the cultivation of microorganisms and cells and fermentation, esp. for computer process control, also for computer controlled chemical laboratories for dialysis, and other industrial applications. The test series can be run by digital generation of mechanical oscillation.

Description

Die Anwendung der Erfindung liegt in der Biotechnik zur Kulti­ vierung von Mikroorganismen und Zellen und Fermentation insbesondere für eine rechnergesteuerte Prozeßführung sowie in der Chemie und Verfahrenstechnik für laborchemische und auch für industrielle rechnergestützte verfahrenstechnische Reaktionen. In der Medizin ist der Einsatz als Dialysator besonders zu erwähnen, da das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung optimal dem Blutkreislauf rechnergesteuert angepaßt werden kann und der Blut- und Dialysatfluß durch mechanische Spiralwellen eines Resonators digital beeinflußt werden kann. Dabei kommt es nicht vor, daß Blutzellen wie bei herkömmlichen Pumpen, wie z. B. Schlauchrollenpumpen, gequetscht oder sogar zerstört werden. Die Blutzellen werden zusammen mit dem Blutplasma auf Spiralwellen an einer semipermeablen Dialysemembran entlang "ge­ tragen", wobei schonungsvoll die Diffusion der zu eliminierenden Substanzen und die Ultrafiltration des Wassers stattfindet.The application of the invention lies in biotechnology for culture vination of microorganisms and cells and fermentation especially for a computer-controlled process management as well as in of chemistry and process engineering for laboratory chemistry and also for industrial computer-aided process engineering reactions. In medicine, its use as a dialyzer is particularly high mention because the inventive method and the device can be optimally adapted to the blood circulation under computer control and the blood and dialysate flow through mechanical spiral waves of a resonator can be influenced digitally. It happens not before that blood cells as in conventional pumps, such as. B. Peristaltic roller pumps can be crushed or even destroyed. The blood cells get up along with the blood plasma Spiral waves along a semipermeable dialysis membrane wear ", being careful the diffusion of the to be eliminated Substances and the ultrafiltration of the water takes place.

Die Biotechnik gewinnt in unserem Leben immer mehr an Bedeutung. Probleme wie die Welternährung oder ungelöste Fragen zur Entstehung von Krankheiten können nur durch ihre Mitwirkung beantwortet werden.Biotechnology is becoming increasingly important in our lives. Problems like world nutrition or unresolved questions about Diseases can only develop through their participation get answered.

Der deutsche Zoologe Wilhelm Roux beschrieb 1915 die Kennzeichen des Lebens so: Stoffwechsel, Wachstum, Reizbarkeit, Bewegung, Vermehrung, Vererbung.The German zoologist Wilhelm Roux described the characteristics in 1915 of life like this: metabolism, growth, irritability, movement, Propagation, inheritance.

Gegenstand der Erfindung ist hier im wesentlichen die Erzeugung der naturrelevanten Bewegung und der Transport des Mediums selbst. Rhythmik, Periodizität und Harmonie, wie diese drei Faktoren zu periodischen Schwankungen in der Zelle und im Organismus führen, ist noch im wesentlichen unbekannt. Tatsache ist, daß fast alle (Stoffwechsel-) Vorgänge in der Zelle periodisch ablaufen, Rhythmen zeigen, oszillieren. Aus der Druckschrift "Wissenschaft und Fortschritt", 40 (1990) 12, Seiten 337/350: Bemerkungen zur Arbeit von P. Augustin, A.R. Druschke und M. Peschel ist es bekannt, wie peristaltische Oszillationen in der Kapillare entstehen.The object of the invention is essentially the generation the movement relevant to nature and the transport of the medium itself. Rhythm, periodicity and harmony like these three factors cause periodic fluctuations in the cell and in the organism, is still largely unknown. The fact is that almost everyone (Metabolic) processes in the cell take place periodically, Show rhythms, oscillate. From the publication "Wissenschaft and progress ", 40 (1990) 12, pages 337/350: comments on the Work by P. Augustin, A.R. Druschke and M. Peschel are known how peristaltic oscillations occur in the capillary.

Es sind eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen zur Kultivierung von Mikroorganismen bekannt, wo sämtliche Ansätze einer Testserie eine einheitliche Turbulenz erfahren, die durch eine an allen Aufnahmeplätzen der Kulturen einheitliche Rüttel­ bewegungen hervorgerufen werden.There are a number of methods and devices for Cultivation of microorganisms known where all approaches a series of tests experience a uniform turbulence that is caused by a shake that is uniform at all places where cultures are received movements are caused.

Diese Vibrationsbewegungen werden durch konventionelle Akzelerationsmechanismen, wie Gleichstrommotor mit stufenlos ein­ stellbarer Drehzahl, Exzenterwelle, Federn, etc. erreicht, wobei eine Anpassung der Rüttelbewegung an die vorhandene Eigenbewegung der Mikroorganismen nicht möglich ist.These vibratory movements are caused by conventional Acceleration mechanisms, such as DC motor with stepless adjustable speed, eccentric shaft, springs, etc. reached, where an adjustment of the shaking movement to the existing own movement of microorganisms is not possible.

Hier ist die Patentschrift DE 31 15 745 C2 zu nennen. The patent DE 31 15 745 C2 should be mentioned here.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur digitalen Beeinflussung von Biochemische Reaktionen durch digitale Erzeugung von mechanischen Schwingungen einer Masse m, die im Mittelpunkt eines Oszillators frei beweglich oder an einem elastischen Balken in Achsrichtung einseitig fixiert ist und an der Masse m an der anderen Seite ein Resonator in Achsrichtung angeordnet ist, der zum Beeinflussungs­ ort, zu Zellkulturen oder zu chemischen Substanzen, programmiert Stoffpartikel transportiert und diese zusammen mit den am Beeinflussungsort befindlichen Stoffen kontrollierte Oszillationen einträgt, zu schaffen.The invention is based, a method and a task Device for digitally influencing biochemicals Reactions through digital generation of mechanical Vibrations of a mass m, the center of an oscillator freely movable or on an elastic beam in the axial direction is fixed on one side and on the mass m on the other side Resonator is arranged in the axial direction, for influencing location, cell cultures or chemical substances Material particles transported and this together with the am Controlled substances To create oscillations.

In einem Oszillator wird ein Rotor, welcher an einem Oszillations­ verbindungsstab einseitig fixiert ist, durch ein am Umfang des Oszillators umlaufenden digitalen elektro-magnetischen oder magnetostriktiven oder piezoelektrischen Feld z. B. durch 2 bis n Impulse je Umlauf in Schwingungen versetzt. Je Impuls setzt sich die Schwingung des Rotors und des angeflanschten Resonators aus einer radialen Schwingung und einer Torsions­ schwingung zusammen.In an oscillator there is a rotor which is connected to an oscillation connecting rod is fixed on one side, by a on the circumference of the Orbital digital electro-magnetic or oscillator magnetostrictive or piezoelectric field z. B. by 2 to n Impulses vibrated per revolution. Per impulse settles the vibration of the rotor and the flanged one Resonators from a radial vibration and a torsion vibration together.

Wird nun periodisch der Rotor digital durch ein umlaufendes elektromagnetische Feld oder magnetostriktiven oder piezo­ elektrischen Feld je Impuls in Schwingungen versetzt, so entstehen in Abhängigkeit der Erregerfrequenz spiralförmige Wellen in Längsausdehnung des Resonators und oder in der Ebene definierte Wirbelfelder (siehe Fig. 6).If the rotor is periodically caused to oscillate digitally by a rotating electromagnetic field or magnetostrictive or piezoelectric field per pulse, depending on the excitation frequency, spiral waves in the longitudinal dimension of the resonator and or in the plane defined vortex fields arise (see Fig. 6).

Bei bestimmter dynamischer Abstimmung zwischen Erregerfrequenz und Resonator sowie den zu fördernden Stoffpartikel selbst, ergibt sich eine synchrone Bewegung der Stoffpartikel zusammen mit den erzeugten Spiralwellen.With certain dynamic coordination between excitation frequency and resonator and the substance particles to be conveyed themselves, there is a synchronous movement of the material particles together with the generated spiral waves.

Gegenstand der Erfindung ist es Stoffpartikel synchron auf diesen spiralförmigen Wellen digital zum Beeinflussungsort zu oder von Zellkulturen oder zu chemischen Substanzen aufgrund der aufgezeigten Einrichtung (Fig. 1) auch im molekularen Bereich zu fördern, ihnen genügend kinetische Energie zuzuführen, um in den anschließenden Kapillarschläuchen die synchrone Bewegung zusammen mit einer durch die Erregung ergebenden Peristaltik weiter voll­ ziehen zu können und die zu beeinflussenden Stoffe, z. B. Zell­ kulturen, in kontrollierte naturrelevante Oszillationen zu versetzen.The object of the invention is to promote material particles synchronously on these spiral waves digitally to the point of influence to or from cell cultures or to chemical substances on the basis of the device shown ( FIG. 1) also in the molecular range, to supply them with sufficient kinetic energy in order to provide them in the subsequent capillary tubes synchronized movement together with a peristalsis resulting from the excitement to be able to continue and the substances to be influenced, for. B. cell cultures to put in controlled nature-relevant oscillations.

Es wird behauptet, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung sowie die multivariable Steuerung und Regelung des Systems naturrelevante Bewegungen erzeugt werden können, die mit der zu beeinflussenden Materie dynamisch abstimmbar sind, wobei diese erzeugten naturrelevanten Bewegungen am Beeinflus­ sungsort ökologisch regulierbar wirken. It is claimed that the method and the setup as well as the multivariable control and regulation system-relevant movements can be generated can be dynamically coordinated with the matter to be influenced, whereby these generated nature-relevant movements on the influence location can act in an ecologically adjustable manner.  

Zum Beispiel bei Untersuchungen zur Proliferation und Differen­ zierung normaler und leukämischer Zellen aus menschlichem Blut und Knochenmark sollten in der Kultur die gleichen Bedingungen wie im Organismus geschaffen werden.For example, in studies of proliferation and differences ornamentation of normal and leukemic cells from human blood and bone marrow should have the same conditions in culture how to be created in the organism.

Im Bereich des Gewässerschutzes werden Biotestverfahren durchgeführt, um z. B. in Wasserproben qualitativ das Vorliegen von toxischen Substanzen (Umweltgiften) nachzuweisen. Bei solchen und anderen Untersuchungen sind viele Versuchsserien erforderlich. Ein wesentliches Problem solcher Versuchsserien besteht in der Reproduzierbarkeit der Kulturbedingungen, insbesondere ist hier auf die reproduzierbaren linearen oder nichtlinearen Oszillationen zu verweisen.In the area of water protection there are bio-test procedures performed to e.g. B. qualitatively in water samples detection of toxic substances (environmental toxins). In such and other studies, many series of tests are required. A major problem of such test series is that Reproducibility of culture conditions, especially here on the reproducible linear or nonlinear Refer to oscillations.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe embodiments of the invention are now under Reference to the drawing explained in more detail. In the drawing shows

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 1 is a longitudinal section of a device according to the invention,

Fig. 2 Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 2 cross-section along the line AA in Fig. 1,

Fig. 3 Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 1, Fig. 3 cross-section along the line BB in Fig. 1,

Fig. 4 Längsschnitt eines Oszillationsfermentators, Fig. 4 longitudinal section of a Oszillationsfermentators,

Fig. 5 Querschnitt der Reagenzglashalterung in Fig. 4, Fig. 5 cross section of the test tube holder in Fig. 4,

Fig. 6 eine Bewegungskonstellation von Stoffen in einer Ebene bei bestimmter linearer Oszillation. Fig. 6 shows a movement constellation of substances in a plane with a certain linear oscillation.

Die Fig. 1 zeigt eine im Längsschnitt dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung zur Kultivierung von Mikroorganismen. Sie besteht aus dem Oszillator (1), dem Oszillationsübertrager (5) und die zur Aufnahme der Kultur erforderlichen Petrischalen (7), die im elastischen Material z. B. Kautschuk eingebettet sind und auf einer Schaumgummimatte (16) aufliegen. Fig. 1 shows a longitudinally sectioned device of the invention for culturing microorganisms. It consists of the oscillator ( 1 ), the oscillation transmitter ( 5 ) and the Petri dishes ( 7 ) required to hold the culture. B. rubber are embedded and rest on a foam rubber mat ( 16 ).

Am Gehäuse des Oszillators (1) ist an einem Ende ein Rohr (17) fest angeflanscht und in der Mitte des Rohres (17) ist die Außenwandung mit einem Gefäß z. B. einem Stehkolben fest verbunden und das Rohr (17) ragt in dieses Gefäß hinein.On the housing of the oscillator ( 1 ) at one end a tube ( 17 ) is flanged and in the middle of the tube ( 17 ) the outer wall with a vessel z. B. a standing piston and the tube ( 17 ) protrudes into this vessel.

Innerhalb des Rohres (17) befindet sich in Längsausdehnung ein Resonator (9), der über dem Oszillationserreger (3) mit dem Oszillationsverbindungsstab (2) und dem Rotor (4) des Oszillators (1) einseitig verbunden ist. Eine Membran (23) stellt einen sterilen Abschluß zwischen dem Oszillator (1) und dem Freiraum (19) zwischen Rohr (17) und Resonator (9) dar. Die Membran ist elastisch abdichtend am Gehäuse des Oszillators (1) und konzentrisch an dem Resonator (9) befestigt. Zwischen dem Resonator (9) und dem Rohr (17) ist ein Schlauch (14) eingezogen, der in Längsausdehnung gespannt sein darf und mit dem Rohr (17) an den Enden fixiert ist und einen Eingang (11) zur Nährstoffzuführung besitzt. Am anderen Ende des Schlauches (14) sind Kapillarschläuche (18) kreissymmetrisch (siehe Querschnitt Fig. 3) angebracht, die bis hin zu den Kulturen innerhalb der Petrischalen (7) führen. Within the tube ( 17 ) there is a longitudinal resonator ( 9 ) which is connected on one side via the oscillation exciter ( 3 ) to the oscillation connecting rod ( 2 ) and the rotor ( 4 ) of the oscillator ( 1 ). A membrane ( 23 ) represents a sterile seal between the oscillator ( 1 ) and the free space ( 19 ) between the tube ( 17 ) and the resonator ( 9 ). The membrane is elastically sealing on the housing of the oscillator ( 1 ) and concentrically on the resonator ( 9 ) attached. Between the resonator ( 9 ) and the tube ( 17 ) a tube ( 14 ) is drawn in, which may be stretched in the longitudinal direction and is fixed to the ends with the tube ( 17 ) and has an inlet ( 11 ) for nutrient supply. At the other end of the tube ( 14 ) capillary tubes ( 18 ) are attached in a circle-symmetrical manner (see cross-section Fig. 3), which lead to the cultures inside the petri dishes ( 7 ).

Der eingezogene Schlauch (14) läßt jeweils zwischen der Innenwandung des Rohres (17) und der Außenwandung des Schlauches (14) sowie der Innenwandung des Schlauches (14) und dem Resonator (9) einen kreisringförmigen Freiraum zu. Entsprechend dem Verwendungszweck besteht der Schlauch aus einer undurchlässigen oder einer semipermeablen Membran. In dem Freiraum zwischen Rohr (17) und Schlauch (14) ist in der Fig. 1 schwammartiges Material eingezeichnet (siehe Querschnitt Fig. 2), welches zur Aufnahme und für den Transport von Nährstoffen oder Mikroorganismen fungiert. Eine Begasung der Kulturen ist über den Eingang (12) und dem Freiraum (19) zwischen Resonator (9) und Schlauch (14) vorgesehen. Der Resonator (9) ist als Hohlzylinder gearbeitet, wobei dieser Freiraum (10) zum Abtransport von Abbauprodukten dient.The retracted hose ( 14 ) allows an annular space between the inner wall of the tube ( 17 ) and the outer wall of the hose ( 14 ) and the inner wall of the hose ( 14 ) and the resonator ( 9 ). Depending on the intended use, the hose consists of an impermeable or semi-permeable membrane. In the space between tube ( 17 ) and hose ( 14 ), sponge-like material is shown in FIG. 1 (see cross section of FIG. 2), which functions to absorb and transport nutrients or microorganisms. Fumigation of the cultures is provided via the entrance ( 12 ) and the free space ( 19 ) between the resonator ( 9 ) and hose ( 14 ). The resonator ( 9 ) is designed as a hollow cylinder, this free space ( 10 ) being used for the removal of degradation products.

An den Zuführungen (11), (12) und der Abführung (13) sind definierte Potentialzustände vorhanden oder es sind Oszillations­ pumpen angeschlossen, die zusammen mit dem Oszillator (1) mit einer Recheneinheit kommunizieren.Defined potential states are present at the feeds ( 11 ), ( 12 ) and the discharge ( 13 ) or oscillation pumps are connected, which communicate with a computing unit together with the oscillator ( 1 ).

Die Fig. 4 zeigt im Längsschnitt einen Oszillationsfermentator und die Fig. 5 im Querschnitt eine Reagenzglashalterung (6), in der sich kreissymmetrisch Reagenzgläser (22) befinden. Die Reagenz­ glashalterung (6) ist konzentrisch mit dem Oszillationserreger (3) des Oszillators (1) verbunden. Die Fig. 6 zeigt ein Oszillationsfeld einer ebenen Platte, auf der sich Teilchen entsprechend der eingezeichneten Bewegungskonstellation bei bestimmter Frequenz und Amplitude des Oszillators bewegen. FIG. 4 shows an oscillation fermenter in longitudinal section and FIG. 5 shows a test tube holder ( 6 ) in cross section, in which test tubes ( 22 ) are located in circular symmetry. The test tube holder ( 6 ) is concentrically connected to the oscillation exciter ( 3 ) of the oscillator ( 1 ). FIG. 6 shows an oscillation field of a flat plate, on which particles move according to the constellation of movement shown at a specific frequency and amplitude of the oscillator.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen aus den programmierbaren Schwingungen des Rotors (4), die den Resonator (9) in spiralförmige Wellen versetzen und diese einen kontrollierten Transport von Teilchen gewährleisten. Durch die von dem Oszillator (1) programmierbaren Schwingungen entstehen Schallwellen, die sich innerhalb des elastischen Mediums bis hin zu den beeinflussenden Stoffen ausbreiten und schon früher die Information über die auszuführenden Bewegung vermitteln. Es ist mit diesem Verfahren und Einrichtung eine dosierbare Energie über den Transport der Schallwellen mit definierter Information für die zu beeinflussenden Stoffen verknüpft. The method according to the invention essentially consists of the programmable vibrations of the rotor ( 4 ), which set the resonator ( 9 ) in spiral waves and ensure a controlled transport of particles. The oscillations that can be programmed by the oscillator ( 1 ) produce sound waves that spread within the elastic medium up to the influencing substances and convey the information about the movement to be carried out earlier. With this method and device, a meterable energy via the transport of the sound waves is linked with defined information for the substances to be influenced.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

 1 Oszillator
 2 Oszillationsverbindungsstab
 3 Oszillationserreger
 4 Rotor
 5 Oszillationsübertrager
 6 Reagenzglashalterung
 7 Petrischalen
 8 Scheibe, Platte
 9 Resonator
10 Freiraum zum Abtransport von Abbauprodukten
11 Zugang Nährstoffe
12 Zugang Begasung
13 Abgang Abbauprodukte
14 Schlauch
15 elastisches Material
16 Schaumgummimatte
17 Rohr
18 Kapillarschläuche
19 Freiraum zum Transport von Stoffen (z. B. Begasung)
20 Schlauch, Schlauchbündel
21 Anschlußkabel
22 Reagenzglas
23 Membran
24 Bewegungsrichtung der Teilchen
25 Bewegungsrichtung der Menge der Teilchen
26 Bewegungsrichtung der Erregung 1 oscillator
2 oscillation link bar
3 oscillation exciters
4 rotor
5 oscillation transformers
6 test tube holder
7 petri dishes
8 disc, plate
9 resonator
10 Free space for the removal of degradation products
11 access nutrients
12 Fumigation access
13 Exit degradation products
14 hose
15 elastic material
16 foam rubber mat
17 pipe
18 capillary tubes
19 Free space for transporting substances (e.g. fumigation)
20 hose, hose bundle
21 connection cables
22 test tube
23 membrane
24 Direction of movement of the particles
25 Direction of movement of the amount of particles
26 Direction of movement of excitation

Claims (14)

1. Verfahren zur Beeinflussung von Biochemischen Reaktionen, insbesondere von lebenden Zellen oder Mikroorganismen mit Hilfe von freiprogrammierbaren in Stärke und oder räumlichen Lage veränderlichen Magnetfeld bestehenden Statoren oder magnetostriktiven oder piezoelastischen Elementen, die einen oder mehreren innerhalb oder außerhalb der Statoren oder Elementen freibewegliche Rotoren beinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß man programmierbar elastisch mechanische Spiralwellen in Längsausdehnung eines oder mehrerer Resonatoren und oder in der Ebene definierte Wirbelfelder mit Hilfe eines Oszillators oder mehrerer Oszillatoren erzeugt und Stoffpartikel und oder die Mikroorganismen bzw. Zellen, Nährstoffe, Gase, Katalysatoren oder andere Stoffe innerhalb oder auf Oszillationsübertrager auf diesen programmierbaren mechanisch elastischen spiralförmigen Wellen und oder Wirbelfelder in Abhängigkeit der Erregung, der Frequenz, der Phase und oder der Amplitude digital kontrolliert zum Beeinflussungsort zu oder von Zellkulturen oder und mit chemischen Substanzen transportiert und oder sie in reproduzierbare naturrelevanten Bewegungen oder anderen Bewegungen programmiert versetzt oder andere Oszillationen einträgt und die Stoffe oder die Mikroorganismen bei einheitlicher Temperatur gehalten werden.1.Procedure for influencing biochemical reactions, in particular of living cells or microorganisms with the aid of freely programmable stators or magnetostrictive or piezoelastic elements which vary in strength and or spatial position and which contain one or more rotors which can move freely inside or outside the stators or elements, characterized in that programmable elastic mechanical spiral waves in the longitudinal extent of one or more resonators and or in the plane defined vortex fields are generated with the help of an oscillator or several oscillators and substance particles and or the microorganisms or cells, nutrients, gases, catalysts or other substances within or digitally controlled to oscillation transmitters on these programmable mechanically elastic spiral waves and or swirl fields depending on the excitation, the frequency, the phase and or the amplitude m place of influence to or from cell cultures or and transported with chemical substances and or programmed to reproducible nature-relevant movements or other movements or other oscillations and the substances or the microorganisms are kept at a uniform temperature. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport der Stoffe in Freiräumen der Oszillations­ übertrager, die aus elastischen Materialien bestehen und vorzugsweise einen rotationssymmetrischen Querschnitt haben z. B. Schlauch, Torus, Holzylinder, in der Ebene als auch in Längsausdehnung der Oszillationsübertrager in gleicher Phase der erzeugten mechanischen Spiralwellen auch frequenz- und oder amplitudenmoduliert und oder gegenläufig phasen­ verschoben freiprogrammierbar stattfindet und daß die Freiräume zwischen den Resonatoren spiralförmig ausgeschäumt oder mit Schläuchen spiralförmig verlegt sein können.2. The method according to claim 1, characterized in that the transport of the substances in free spaces of the oscillations transducers made of elastic materials and preferably have a rotationally symmetrical cross section e.g. B. hose, torus, wooden cylinder, in the plane as well as in Longitudinal expansion of the oscillation transformers in the same phase the generated mechanical spiral waves also frequency and or amplitude modulated and or phase in opposite directions shifted freely programmable and that the Open spaces between the resonators are foamed in a spiral or can be laid spirally with hoses. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß n Oszillationsübertrager gleich Resonatoren mit größer werdenden Durchmesser ineinander gesteckt werden, separat oder an gleicher Stelle am Oszillationserreger befestigt werden, wobei der Kreisringfreiraum zwischen den n und n+1 Resonator in radialer Richtung gleich oder wenig größer als die Summe der max. Schwingungsamplituden zwischen dem n und n+1 Resonator sein darf und die Resonatoren vorzugsweise mit gleicher oder unterschiedlicher Erregung beaufschlagt werden und die Resonatoren gleiche oder unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen können und der Transport der Stoffströme vorzugsweise bei dynamischer Abstimmung zwischen Erregerfrequenz, Eigenfrequenz der Resonatoren und den zu transportierenden Stoffen selbst stattfindet. 3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that that n oscillation transformers equal resonators with larger diameter to be inserted into each other, separately or attached to the oscillation exciter in the same place with the circular space between the n and n + 1 Resonator in the radial direction equal to or slightly larger than the sum of the max. Vibration amplitudes between the n and may be n + 1 resonator and the resonators preferably with the same or different arousal and the resonators are the same or different Can have natural frequencies and the transport of the Material flows preferably with dynamic coordination between Excitation frequency, natural frequency of the resonators and the transporting substances themselves takes place.   4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Resonatoren mit Hilfe einer programmierbaren und mit den Oszillatoren kommunizierenden magnetisch-elastischen oder piezoelastischen Zugvorrichtung leicht dehnen und entlasten kann, wodurch der Ort der stehenden Wellen in Ausbreitungs­ richtung der Resonatoren programmierbar veränderbar werden.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that one the resonators with the help of a programmable and with the oscillators communicating magnetic-elastic or Slightly stretch and relieve the piezo-elastic pulling device can, causing the location of the standing waves to spread direction of the resonators can be changed programmably. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Resonatoren in Längsausdehnung so gestaltet, daß die Innenwandung des n+1 Resonators in Strömungsrichtung parallel der Außenwandung des n Resonators oder vorzugsweise leicht konisch oder konisch spiralförmig erweitert wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the longitudinal resonators are designed so that the inner wall of the n + 1 resonator in the direction of flow parallel to the outer wall of the n resonator or preferably is slightly expanded conically or conically spirally. 6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Resonatoren aus undurchlässigem oder semipermeablen Material ausführt, so daß ein oder mehrere Mischvorgänge oder eine Diffusion oder Elektrolyse zwischen den Stoffströmen stattfinden kann wobei bei der Elektrolyse die Resonatoren unterschiedlich als Kathode oder Anode geschaltet werden können.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that that the resonators are made of impermeable or executes semi-permeable material so that one or more Mixing operations or a diffusion or electrolysis between the material flows can take place with the Electrolysis the resonators differently than cathode or Anode can be switched. 7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man parallel mehrere n im Durchmesser unterschiedliche Resonatoren zusammenschaltet.7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that that you have several n in diameter different in parallel Interconnects resonators. 8. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zuführungen und Abführungen der Stoffströme an den Oszillationsübertrager definierte Potentialzustände bestehen und oder Oszillationspumpen angeschlossen werden, die über eine Recheneinheit mit dem Oszillator oder die Oszillatoren kommunizieren.8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that the inlets and outlets of the material flows potential states defined by the oscillation transformer exist and or oscillation pumps are connected, which via a computing unit with the oscillator or the Oscillators communicate. 9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich an dem Oszillator (1) oben oder unten oder seitlich oder in einem beliebigen Winkel zur Oszillatorachse an oder innerhalb des Oszillationsver­ bindungsstabes (2) oder an dem Oszillationserreger (3) oder am Rotor (4) oder direkt am Gehäuse des Oszillators (1) ein oder mehrere Oszillationsübertrager (5) angeordnet sind, in oder auf oder an denen sich Kulturen oder chemische Substanzen befinden. 9. Device for performing the method according to claim 1 to 8, characterized in that on the oscillator ( 1 ) above or below or to the side or at any angle to the oscillator axis on or within the Oszillationsver connection rod ( 2 ) or on the oscillation exciter ( 3 ) or one or more oscillation transmitters ( 5 ) are arranged on or in or on or on which cultures or chemical substances are located on the rotor ( 4 ) or directly on the housing of the oscillator ( 1 ). 10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillationsübertrager (5) aus einer Reagenzglashalterung (6) mit ein oder mehreren Reagenzgläsern (22) oder einem Gefäß mit Petrischalen (7) oder eine Scheibe (8) und oder aus elastischen Elementen, z. B. Schläuchen, Schwamm oder Folie besteht oder aus einem Resonator (9) besteht, der am Oszillations­ erreger (3) oder direkt am Oszillationsverbindungsstab (2) angeflanscht ist und umgeben von einem oder mehreren Rohren (17), welche mit dem Gehäuse des Oszillators (1) und einem Gefäß z. B. einem Stehkolben fest verbunden sind oder mit einem weiteren Oszillator verbunden sind und daß zwischen dem Resonator (9) und dem Rohr (17) ein Freiraum (19) besteht und an dem Resonator (9) am Ende ein Schlauch oder ein Schlauchbündel (20) angeflanscht ist, der zu einem Gefäß mit Petrischalen (7) führt.10. Device for performing the method according to claim 9, characterized in that the oscillation transmitter ( 5 ) from a test tube holder ( 6 ) with one or more test tubes ( 22 ) or a vessel with petri dishes ( 7 ) or a disc ( 8 ) and or from elastic elements, e.g. B. tubing, sponge or foil or consists of a resonator ( 9 ) which is flanged to the oscillation exciter ( 3 ) or directly to the oscillation connecting rod ( 2 ) and surrounded by one or more tubes ( 17 ) which are connected to the housing of the oscillator ( 1 ) and a vessel z. B. a standing piston are firmly connected or are connected to a further oscillator and that between the resonator ( 9 ) and the tube ( 17 ) there is a free space ( 19 ) and at the resonator ( 9 ) at the end a hose or a tube bundle ( 20 ) is flanged, which leads to a vessel with petri dishes ( 7 ). 11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (9) als ein Vollzylinder oder als ein Holzylinder gearbeitet ist, in dem sich ein Schlauch oder Kapillarschläuche befinden können und am Ende bis zu einem Gefäß mit Petrischalen (7) herausragen.11. Device for performing the method according to claim 9 to 10, characterized in that the resonator ( 9 ) is worked as a solid cylinder or as a wooden cylinder in which a tube or capillary tubes can be located and at the end up to a vessel with petri dishes ( 7 ) stick out. 12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (17) ein oder mehrere Schläuche (14) eingezogen sind, die zwischen der Rohrinnenwand und der Schlauchaußenwandung sowie der Schlauch­ innenwandung und dem Resonator (9) jeweils einen Kreis­ ringfreiraum zulassen und die Kreisringzwischenräume in Längsausdehnung des Resonators mit porösem Material, z. B. mit vorzugsweise ausgerichteten spiralförmigen Schwamm­ hohlräumen bestehend, ausgeschäumt sind oder daß an der Rohrinnenwand und oder im Kreisringfreiraum zwischen Resonator (9) und Schlauch (14) oder zwischen Schlauch (14) und Rohr (17) Kapillarschläuche elastisch jeweils am Resonator (9) oder am Rohr (17) befestigt sind und in verschiedenen Verlegungsformen, vorzugsweise spiralförmig angebracht sind und daß am Ende des Rohres (17) Kapillarschläuche (18) am Kreisringquerschnitt zwischen Rohr (17) und der Schlauchaußenwandung (14) angebracht sind und bis zum Beeinflussungsort, zu Zellkulturen oder chemischen Substanzen z. B. zu Petrischalen (7) führen.12. Device for performing the method according to claim 9 to 11, characterized in that in the tube ( 17 ) one or more hoses ( 14 ) are drawn in, between the inner tube wall and the outer tube wall and the inner tube wall and the resonator ( 9 ) in each case allow a circular ring space and the circular ring spaces in the longitudinal extent of the resonator with porous material, for. B. with preferably aligned spiral sponge cavities, are foamed or that on the inner tube wall and or in the annular space between the resonator ( 9 ) and tube ( 14 ) or between tube ( 14 ) and tube ( 17 ) capillary tubes elastically each on the resonator ( 9 ) or are attached to the tube ( 17 ) and are attached in various forms, preferably spirally, and in that at the end of the tube ( 17 ) capillary tubes ( 18 ) are attached to the circular cross-section between tube ( 17 ) and the outer tube wall ( 14 ) and up to the point of influence, to cell cultures or chemical substances e.g. B. lead to petri dishes ( 7 ). 13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schläuche (14) aus einer undurchlässigen oder semipermeablen Wandung (Membran) bestehen.13. Device for performing the method according to claim 9 to 12, characterized in that the or the hoses ( 14 ) consist of an impermeable or semi-permeable wall (membrane). 14. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (17) und der Resonator (9) als Elektroden fungieren, z. B. das Rohr (17) als Anode und der Resonator (9) als Kathode geschaltet sind.14. Device for performing the method according to claim 9 to 13, characterized in that the tube ( 17 ) and the resonator ( 9 ) act as electrodes, for. B. the tube ( 17 ) as an anode and the resonator ( 9 ) are connected as a cathode.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19520014A1 (en) * 1994-08-15 1996-02-22 Fischer Karl Heinz Dipl Ing Oscillatory conveyor system for programmed material transport
EP1953220A1 (en) * 2007-02-01 2008-08-06 INSERM (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale) Method for applying mechanical loading to cells and apparatus for implementing such method
CN117815994A (en) * 2024-02-03 2024-04-05 山东化氏科技有限公司 Oscillator for microbiological test

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006043111B4 (en) * 2006-09-07 2009-11-05 Fischer, Karl-Heinz, Dipl.-Ing. Device for generating spiral waves

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991013977A1 (en) * 1990-03-12 1991-09-19 Institut National De La Recherche Agronomique (Inra) Process for the artificial stimulation of cells and ovocyte culture device
DE4104784A1 (en) * 1991-02-14 1992-08-20 Fischer Karl Heinz Dipl Ing System for prodn. of oscillations and/or peristalsis for engineering use - has electronically controlled versatile unit which feeds rotational oscillations or couples rotational oscillations with peristaltic oscillations

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991013977A1 (en) * 1990-03-12 1991-09-19 Institut National De La Recherche Agronomique (Inra) Process for the artificial stimulation of cells and ovocyte culture device
DE4104784A1 (en) * 1991-02-14 1992-08-20 Fischer Karl Heinz Dipl Ing System for prodn. of oscillations and/or peristalsis for engineering use - has electronically controlled versatile unit which feeds rotational oscillations or couples rotational oscillations with peristaltic oscillations

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19520014A1 (en) * 1994-08-15 1996-02-22 Fischer Karl Heinz Dipl Ing Oscillatory conveyor system for programmed material transport
EP1953220A1 (en) * 2007-02-01 2008-08-06 INSERM (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale) Method for applying mechanical loading to cells and apparatus for implementing such method
WO2008092922A2 (en) * 2007-02-01 2008-08-07 Inserm (Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale) Method for applying mechanical loading to cells and apparatus for implementing such method
WO2008092922A3 (en) * 2007-02-01 2008-12-11 Inst Nat Sante Rech Med Method for applying mechanical loading to cells and apparatus for implementing such method
CN117815994A (en) * 2024-02-03 2024-04-05 山东化氏科技有限公司 Oscillator for microbiological test

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