RU153450U1

RU153450U1 - UNIVERSAL CELL FOR ELECTROCHEMICAL ANALYSIS OF PHYSIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL PARAMETERS OF ANIMALS AND PLANTS

Info

Publication number: RU153450U1
Application number: RU2014146328/10U
Authority: RU
Inventors: Вадим Валентинович Федяев
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-07-20

Abstract

Универсальная ячейка для электрохимического анализа физиолого-биохимических параметров животных и растений, включающая резервуар, выполненный в виде стакана с сужающимся дном, закрываемый крышкой, заключенный в термостатирующую камеру, соединенную через трубчатые каналы с внешним термостатом, отличающаяся тем, что внутренняя полость стакана с помощью разделительного кольца, имеющего отверстия для циркуляции раствора между отсеками и совмещенного с трубчатым каналом для размещения электрода, имеющим кольцеобразный выступ на внешней поверхности, разделяется на два отсека, верхний из которых, предназначенный для размещения биологического объекта, образован внутренней поверхностью стакана ячейки, верхней поверхностью разделительного кольца и крышкой ячейкиA universal cell for electrochemical analysis of the physiological and biochemical parameters of animals and plants, including a tank made in the form of a glass with a tapering bottom, closed by a lid, enclosed in a thermostatic chamber connected through tubular channels to an external thermostat, characterized in that the inner cavity of the glass by means of a separation a ring having openings for circulating the solution between the compartments and combined with a tubular channel for accommodating an electrode having an annular protrusion on the outer surface is divided into two compartments, the upper of which, intended to receive a biological object, formed by the internal surface of the glass cell, the upper surface of the spacer ring and the cell lid

Description

Полезная модель относится к области аналитической химии, биологической химии и физиологии и может быть использовано для измерения концентрации кислорода и ряда ионов, изменяемой в процессе жизнедеятельности растений и животных или фрагментов их тканей без дополнительного механического воздействия на образец при перемешивании раствора.The utility model relates to the field of analytical chemistry, biological chemistry, and physiology and can be used to measure the concentration of oxygen and a number of ions, which is changed during the life of plants and animals or fragments of their tissues without additional mechanical action on the sample with stirring of the solution.

Известны устройства для измерения концентрации кислорода (Шольц К.Ф. Ячейка для амперометрического определения кислорода / К.Ф. Шольц, Д.Н. Островский // Методы современной биохимии. М., 1975. - С. 55.; Патент US 20120085642 A1, G01N 33/50, опубликован 12.04.2012), представляющие собой термостатируемые ячейки, одновременно являющиеся конструктивной частью амперометрического электрода. В емкость ячейки помещается буферный раствор, поддерживающий биологический объект в функциональном состоянии. Для обеспечения равномерного массопереноса частиц детектируемого элемента к рабочей поверхности электрода, производится перемешивание раствора с помощью магнитной мешалки. Постоянство температуры раствора обеспечивается подключением внешнего резервуара ячейки к проточному ультратермостату. Недостатком конструкции данных ячеек является нахождением исследуемого объекта в том же рабочем объеме ячейки, где происходит вращение магнитного мешальника.Known devices for measuring oxygen concentration (Scholz KF Cell for amperometric determination of oxygen / KF Scholz, DN Ostrovsky // Methods of modern biochemistry. M., 1975. - S. 55; Patent US 20120085642 A1 , G01N 33/50, published 04/12/2012), which are thermostatically controlled cells, which are simultaneously a structural part of the amperometric electrode. A buffer solution is placed in the cell’s capacity, which maintains the biological object in a functional state. To ensure uniform mass transfer of particles of the detected element to the working surface of the electrode, the solution is mixed using a magnetic stirrer. The constant temperature of the solution is ensured by connecting the external reservoir of the cell to the flow ultra-thermostat. The drawback of the design of these cells is that the object under study is in the same working volume of the cell where the magnetic stirrer rotates.

Наиболее близким к изобретению по конструкции является ячейка устройства для кислородометрии (Патент ЕР 2597148 А1, С12М 3/04, 29.05.2013), с полярографическим электродом Кларковского типа, расположенным в нижней части устройства. Ячейка имеет изменяемый объем рабочей камеры - 0,5-1,5 мл, в который помещается изучаемый биологический объект (супензия клеток, микроорганизмы, митохондрии и проч.) и происходит перемешивание раствора с помощью магнитного мешальника, помещаемого внутрь ячейки и приводимого в движение внешней магнитной мешалкой.Closest to the invention in design is the cell of the device for oxygenometry (Patent EP 2597148 A1, C12M 3/04, 05/29/2013), with a polarographic Clark type electrode located at the bottom of the device. The cell has a variable volume of the working chamber - 0.5-1.5 ml, into which the studied biological object is placed (cell supensia, microorganisms, mitochondria, etc.) and the solution is mixed using a magnetic stirrer placed inside the cell and driven by an external magnetic stirrer.

Недостатком данной конструкции является ограничение при исследовании более крупных объектов, таких как водные животные, многоклеточные растения, фрагменты органов и тканей животных и растений. Это обусловлено нахождением исследуемого объекта в том же рабочем объеме ячейки, где происходит вращение магнитного мешальника. При механическом воздействии на ткани происходит нарушение их целостности, следствием чего является искажение физиолого-биохимических параметров исследуемых биологических объектов, например, усиление потребления кислорода, повышенный выход электролитов из клеток, изменение уровня pH и т.д. Кроме того, повреждение изучаемого объекта сокращает время проведения измерения параметра. Дополнительным негативным фактором является влияние самого биологического объекта на скорость вращения мешальника, что изменяет скорость его движения и, как следствие, интенсивность перемешивания раствора в ячейке, что, в свою очередь, отражается на достоверности измерения концентрации детектируемого вещества.The disadvantage of this design is the limitation in the study of larger objects, such as aquatic animals, multicellular plants, fragments of organs and tissues of animals and plants. This is due to the finding of the investigated object in the same working volume of the cell where the magnetic stirrer rotates. During mechanical action on tissues, their integrity is violated, which results in a distortion of the physiological and biochemical parameters of the studied biological objects, for example, increased oxygen consumption, increased electrolyte output from cells, a change in pH, etc. In addition, damage to the object under study reduces the time it takes to measure the parameter. An additional negative factor is the influence of the biological object itself on the speed of rotation of the mixer, which changes its speed and, as a result, the intensity of mixing the solution in the cell, which, in turn, affects the reliability of measuring the concentration of the detected substance.

Цель изобретения - повышение точности детекции динамики изменения параметров физиолого-биохимических процессов биологических объектов.The purpose of the invention is improving the accuracy of detecting the dynamics of changes in the parameters of physiological and biochemical processes of biological objects.

Поставленная цель достигается путем деления внутреннего резервуара ячейки на два отсека: область ячейки, предназначенная для расположения биологического объекта и область перемешивания раствора. Для этого внутри ячейки располагается разделительное кольцо. Биологический объект находится в отдельной камере, образуемой верхней поверхностью разделительного кольца и крышкой ячейки и не соприкасается с вращающимся магнитным мешальником.This goal is achieved by dividing the internal reservoir of the cell into two compartments: the cell area, intended for the location of the biological object and the mixing area of the solution. For this, a dividing ring is located inside the cell. The biological object is located in a separate chamber formed by the upper surface of the separation ring and the cell lid and does not come in contact with a rotating magnetic stirrer.

На фиг. изображена универсальная ячейка для электрохимического анализа физиолого-биохимических параметров животных и растений: вид сбоку - фиг. 1; разделительное кольцо - фиг. 2 (а - вид сверху, б - вид сбоку); крышка ячейки - фиг. 3 (а - вид сверху, б - вид сбоку).In FIG. depicts a universal cell for electrochemical analysis of the physiological and biochemical parameters of animals and plants: side view - Fig. one; spacer ring - FIG. 2 (a - top view, b - side view); cell cover - FIG. 3 (a - top view, b - side view).

Универсальная ячейка включает резервуар 1, выполненный в виде стакана, трубчатый канал 2 для размещения электрода, являющийся одним целым с разделительным кольцом 3. В разделительном кольце проделаны отверстия 12 для циркуляции раствора внутри ячейки. Сверху ячейка закрывается крышкой 4 с отверстием 13, через которое проходит канал 2. После установки крышки между разделительным кольцом 3 и крышкой 4 образуется полость 6, в которой размещают биологический объект. Устойчивость разделительного кольца внутри ячейки обеспечивается кольцевым выступом 5 на поверхности канала 2. Ячейка окружена термостатирующей водяной камерой 9, подключаемой к внешнему ультратермостату через трубчатые каналы 10 и 11.The universal cell includes a reservoir 1, made in the form of a glass, a tubular channel 2 for accommodating the electrode, which is integral with the dividing ring 3. In the dividing ring, holes 12 are made for circulation of the solution inside the cell. On top of the cell is closed by a lid 4 with an opening 13 through which the channel 2 passes. After installing the lid between the dividing ring 3 and the lid 4, a cavity 6 is formed in which the biological object is placed. The stability of the dividing ring inside the cell is provided by an annular protrusion 5 on the surface of the channel 2. The cell is surrounded by a thermostatic water chamber 9 connected to an external ultra-thermostat through tubular channels 10 and 11.

Универсальная ячейка работает следующим образом. Разделительное кольцо 3 помещают в резервуар ячейки 1, направляя трубчатый канал 2 вверх. Биологический объект помешается на верхней поверхности разделительного кольца 3. Ячейка закрывается сверху крышкой 4, через отверстие 13 в которой проходит канал 2. Таким образом, биологический объект оказывается заключенным в полости 6, ограниченным внутренней поверхностью стакана резервуара ячейки 1, каналом 2, разделительным кольцом 3 и крышкой 4. Надежность соединения крышки 4 с резервуаром 1, для предотвращения поступления воздуха во время измерения, обеспечивается наличием кольцеобразного выступа 5 на поверхности канала 2. Внешний измерительный электрод вертикально пропускается через канал 2 до объема 7 (ограниченного сверху разделительным кольцом 3), в котором происходит перемешивание раствора с помощью магнитного мешальника 8, приводимого в движение внешней магнитной мешалкой. Перетекание раствора между отсеками камеры 6 и 7 происходит через отверстия 12 в разделительном кольце 3. Резервуар ячейки 1 размещен внутри термостатирующей камеры 9, соединенной через трубчатые канала для поступления 10 и выхода 11 воды, с внешним проточным ультратермостатом, обеспечивающим точность поддержания заданной температуры с амплитудой в пределах ±0.1°C.Universal cell works as follows. The dividing ring 3 is placed in the reservoir of the cell 1, directing the tubular channel 2 up. The biological object is placed on the upper surface of the dividing ring 3. The cell is closed on top by a lid 4, through which the channel 2 passes through the opening 13. Thus, the biological object is enclosed in the cavity 6, bounded by the inner surface of the cell’s tank glass, channel 2, and the dividing ring 3 and lid 4. Reliability of the connection of the lid 4 with the tank 1, to prevent air intake during measurement, is ensured by the presence of an annular protrusion 5 on the surface of the channel 2. External measurement itelny electrode is passed vertically through the channel 2 to 7 volume (bounded above spacer ring 3), wherein the mixing of the solution with a magnetic stir bar 8, driven by an external magnetic stirrer. The solution flows between the compartments of the chamber 6 and 7 through the openings 12 in the dividing ring 3. The reservoir of the cell 1 is placed inside the thermostatic chamber 9, connected through a tubular channel for the inlet 10 and the outlet 11 of water, with an external flowing ultra-thermostat, ensuring the accuracy of maintaining a given temperature with amplitude within ± 0.1 ° C.

Таким образом, в процессе измерения концентрации интересующих соединений (кислорода, ионов и проч.) не происходит соприкосновения биологического образца и магнитного мешальника, что обеспечивает не повреждаемость пробы и сохранение ее физиологической активности на стабильном уровне в течение измерения. Данное преимущество обеспечивает повышение достоверности получаемых результатов. Предлагаемая конструкция ячейки отличается универсальностью, т.к. позволяет производить измерения интересующих параметров с использованием различных электродных систем (оксиметр, pH-метр, ионоселективные иономеры и проч.), что, в свою очередь позволяет удешевить проведение исследований.Thus, in the process of measuring the concentration of the compounds of interest (oxygen, ions, etc.), the biological sample does not come into contact with the magnetic stirrer, which ensures that the sample is not damaged and its physiological activity remains at a stable level during the measurement. This advantage provides increased reliability of the results. The proposed cell design is versatile, because allows you to measure the parameters of interest using various electrode systems (oximeter, pH meter, ion-selective ionomers, etc.), which in turn allows you to reduce the cost of research.

Claims

A universal cell for electrochemical analysis of the physiological and biochemical parameters of animals and plants, including a tank made in the form of a glass with a tapering bottom, closed by a lid, enclosed in a thermostatic chamber connected through tubular channels to an external thermostat, characterized in that the internal cavity of the glass by means of a separation a ring having openings for circulating the solution between the compartments and combined with a tubular channel for accommodating an electrode having an annular protrusion on the outer surface is divided into two compartments, the upper of which, intended to receive a biological object, formed by the internal surface of the glass cell, the upper surface of the spacer ring and the cell lid