RU2522613C2 - Microfluid device for crystallisation of proteins in weightlessness conditions - Google Patents

Microfluid device for crystallisation of proteins in weightlessness conditions Download PDF

Info

Publication number
RU2522613C2
RU2522613C2 RU2012135803/05A RU2012135803A RU2522613C2 RU 2522613 C2 RU2522613 C2 RU 2522613C2 RU 2012135803/05 A RU2012135803/05 A RU 2012135803/05A RU 2012135803 A RU2012135803 A RU 2012135803A RU 2522613 C2 RU2522613 C2 RU 2522613C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tubular element
proteins
working medium
separate
crystallization
Prior art date
Application number
RU2012135803/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012135803A (en
Inventor
Алексей Эдуардович Волошин
Сергей Иванович Ковалёв
Мария Сергеевна Лясникова
Юрий Меерович Дымшиц
Светлана Сергеевна Баскакова
Михаил Валентинович Ковальчук
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской академии наук, (ИК РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской академии наук, (ИК РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Российской академии наук, (ИК РАН)
Priority to RU2012135803/05A priority Critical patent/RU2522613C2/en
Publication of RU2012135803A publication Critical patent/RU2012135803A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522613C2 publication Critical patent/RU2522613C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to devices for crystallising protein macromolecules in ground conditions and microgravity conditions (in space). The microfluid device has containers with solutions of different proteins 7, 9, 11 and precipitation agents 8, 10, 12, connected in pairs through separate channels 2, 3, 4, which are fitted with microvalves 13, to crystallisation chambers, wherein the channels 2, 3, 4 are connected to one tubular element 1, inside which are formed separate crystallisation chambers 20-28 for each protein; one end of the tubular element 1 is connected through a microvalve 16 to a micropump 15 which feeds a working medium 19 from a reservoir 14 into the cavity of the tubular element 1, the working medium serving to separate the cavities of crystallisation chambers 20-28, and the other end of the tubular element 1 is connected to a working medium 19 collector 17, wherein separate micropumps 5, 6, operating according to different programs, are used to feed solutions of proteins and precipitation agents through separate channels 2, 3, 4. When using the device, crystals can be fed for subsequent analysis right away without further actions for moving the crystals.
EFFECT: invention enables to conduct experiments for selecting crystallisation conditions and crystallisation of different proteins in one channel owing to a design with parallel and independent micropumps.
4 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к устройствам для кристаллизации белковых макромолекул в наземных условиях и условиях микрогравитации (в космосе).The claimed invention relates to a device for the crystallization of protein macromolecules in terrestrial and microgravity conditions (in space).

В настоящее время целый ряд направлений фундаментальной и прикладной биологии, медицины и фармакологии нуждаются в точном знании пространственной структуры белковых молекул (с атомным разрешением), из которых построены органы и ткани человека, болезнетворных микроорганизмов, биологических токсинов и которые осуществляют все основные процессы обмена веществ в организме. Знание пространственной структуры белковых молекул тканей больного органа позволяет находить лекарственные препараты с избирательным действием, без побочных явлений.Currently, a number of areas of fundamental and applied biology, medicine and pharmacology need accurate knowledge of the spatial structure of protein molecules (with atomic resolution), from which human organs and tissues, pathogens, biological toxins are built and which carry out all the main metabolic processes in the body. Knowledge of the spatial structure of protein molecules of tissues of a diseased organ allows finding drugs with selective action, without side effects.

Для успешного лечения болезней необходимо знать как функционируют биомакромолекулярные комплексы в физиологических и патологических условиях - для того, чтобы подойти к целенаправленной регуляции важнейших медиаторов систем организма и на следующем этапе работы синтезировать необходимые фрагменты биомолекул, несущих базовые свойства, но не вызывающих побочных эффектов в организме.For successful treatment of diseases, it is necessary to know how biomacromolecular complexes function in physiological and pathological conditions - in order to approach the targeted regulation of the most important mediators of body systems and synthesize the necessary fragments of biomolecules that carry basic properties but do not cause side effects in the body at the next stage of work.

На сегодня практически единственным методом изучения структуры молекул с атомным разрешением является рентгеноструктурный анализ монокристаллов исследуемого вещества. При этом точность определения изучаемой атомной структуры лежит в прямой зависимости от совершенства используемых монокристаллов. Долгое время, до появления возможности кристаллизации в условиях невесомости, именно качество кристаллов было главным сдерживающим фактором в развитии этой области. Как бы ни были совершенны методы выделения и очистки необходимых препаратов, многие белки в земных условиях не удается закристаллизовать вообще. Отсутствие гравитации в условиях космоса и, как следствие, отсутствие конвективных потоков в объеме, где растет кристалл, в значительной степени решают эту проблему.Today, almost the only method for studying the structure of molecules with atomic resolution is the X-ray diffraction analysis of single crystals of the substance under study. Moreover, the accuracy of determination of the studied atomic structure lies in direct proportion to the perfection of the single crystals used. For a long time, before the possibility of crystallization in zero gravity, it was the quality of the crystals that was the main limiting factor in the development of this area. No matter how perfect the methods of isolation and purification of necessary preparations are, many proteins in terrestrial conditions cannot be crystallized at all. The absence of gravity in space and, as a consequence, the absence of convective flows in the volume where the crystal grows, largely solve this problem.

Для кристаллизации белков наиболее применимы как в земных условиях, так и в невесомости, два метода. Это метод диффузии паров растворителя в варианте «висячей» и «сидячей» капли и метод свободной диффузии через поверхность раздела жидкость/жидкость. При использовании в невесомости метода диффузии паров в капле, содержащей белок и осадитель, возникает так называемая конвекция Марангони, связанная с изменением поверхностного натяжения, что отрицательно влияет на качество выращиваемых кристаллов. При использовании метода диффузии жидкость/жидкость свободная поверхность между диффундирующими растворами отсутствует, и конвекция Марангони не наблюдается.For crystallization of proteins, two methods are most applicable both in terrestrial conditions and in zero gravity. This is the solvent vapor diffusion method in the “hanging” and “sessile” drop versions and the free diffusion method through the liquid / liquid interface. When the vapor diffusion method is used in zero gravity in a droplet containing protein and precipitant, the so-called Marangoni convection arises, which is associated with a change in surface tension, which negatively affects the quality of the grown crystals. When using the liquid / liquid diffusion method, there is no free surface between the diffusing solutions, and Marangoni convection is not observed.

Пространственную молекулярную структуру белков определяют, исследуя белковые кристаллы методом рентгеноструктурного анализа. Чем выше качество кристаллов, тем с большим разрешением можно расшифровать молекулярную структуру белков. Оценка расшифрованных структур в Международном банке данных по белкам показала, что 80-85% белков расшифрованы с разрешением 7-9 Å, 8-10% белков - с разрешением 4-6 Å, и только 5-6% белков - с разрешением 1-1.5 Å. Для определения точной структуры молекулы белка требуется разрешение порядка 1 Å, так как только при таком разрешении можно различить водородные связи в молекуле белка и определить точную структуру молекулы. Поэтому выращивание высококачественных белковых кристаллов требует совершенствования известных и поиска новых методов кристаллизации белков. В наземных условиях выращиванию высококачественных белков препятствует гравитация, из-за которой в процессе кристаллизации возникают конвективные потоки, приводящие к искажению кристалла. Среди методов, позволяющих улучшить качество белковых кристаллов, особое место занимает кристаллизация белков в условиях невесомости, когда отсутствие гравитации и конвективных потоков позволяет получить совершенную структуру кристаллов.The spatial molecular structure of proteins is determined by examining protein crystals by x-ray diffraction analysis. The higher the quality of the crystals, the higher resolution you can decipher the molecular structure of proteins. Evaluation of the decoded structures in the International Protein Data Bank showed that 80-85% of the proteins were decoded with a resolution of 7-9 Å, 8-10% of proteins with a resolution of 4-6 Å, and only 5-6% of proteins with a resolution of 1- 1.5 Å. To determine the exact structure of a protein molecule, a resolution of the order of 1 Å is required, since only with this resolution can one distinguish hydrogen bonds in a protein molecule and determine the exact structure of the molecule. Therefore, the cultivation of high-quality protein crystals requires the improvement of the known and the search for new methods of protein crystallization. Under terrestrial conditions, the growth of high-quality proteins is prevented by gravity, due to which convective flows occur during crystallization, leading to distortion of the crystal. Among the methods that can improve the quality of protein crystals, a special place is occupied by the crystallization of proteins under zero gravity, when the absence of gravity and convective flows makes it possible to obtain a perfect crystal structure.

Известно устройство для кристаллизации белков в микрофлюидных каналах, которое может быть использовано в условиях микрогравитации, т.е. в космосе (Патент США №6.409.832 «Protein crystallization in microfluidic structures», МПК B01L 7/00, C30B 7/00, опубликовано 25 июня 2002 года).A device is known for crystallization of proteins in microfluidic channels, which can be used under microgravity conditions, i.e. in space (US Patent No. 6.409.832 "Protein crystallization in microfluidic structures", IPC B01L 7/00, C30B 7/00, published June 25, 2002).

Названное устройство содержит емкости с растворами различных белков и осадителей, попарно подключенные через отдельные каналы, в которых установлены микрозатворы, к кристаллизационным камерам.The aforementioned device contains containers with solutions of various proteins and precipitants, pairwise connected through separate channels in which micro-gates are installed, to crystallization chambers.

Недостатками данного устройства являются: The disadvantages of this device are:

1. Сложность конструкции и снижение надежности в результате наличия большого количества отдельных трубчатых элементов, в которых формируются отдельные кристаллизационные камеры.1. The complexity of the design and the decrease in reliability due to the presence of a large number of individual tubular elements in which separate crystallization chambers are formed.

2. Невозможность изменения режимов кристаллизации в каждой из отдельных камер вследствие того, что подача белков и осадителей во все камеры производится синхронно от одного источника давления.2. The impossibility of changing the crystallization regimes in each of the individual chambers due to the fact that the supply of proteins and precipitants to all chambers is performed simultaneously from one pressure source.

Задачами настоящего изобретения являются: The objectives of the present invention are:

1. Повышение надежности устройства для микрофлюидной кристаллизации белков.1. Improving the reliability of the device for microfluidic crystallization of proteins.

2. Расширение функциональных возможностей по кристаллизации белков различных типов в рамках одного эксперимента.2. Expansion of the functionality for crystallization of proteins of various types in the framework of one experiment.

Техническим результатом является создание микрофлюидного устройства для кристаллизации белков, которое позволяет проводить эксперименты как по подбору условий кристаллизации, так и по кристаллизации различных белков в одном канале - благодаря конструкции с параллельными и независимыми друг от друга микронасосами. При работе с устройством возможно без дополнительных действий по перемещению кристаллов сразу отправлять их на последующие исследования.The technical result is the creation of a microfluidic device for protein crystallization, which allows you to conduct experiments both on the selection of crystallization conditions and on the crystallization of various proteins in one channel - thanks to the design with parallel and independent of each other micropumps. When working with the device, it is possible to immediately send them for further research without additional steps to move the crystals.

Поставленная задача и необходимый технический результат достигаются тем, что в микрофлюидном устройстве для кристаллизации белков, содержащем емкости с растворами различных белков и осадителей, попарно подключенные через отдельные каналы, в которых установлены микрозатворы, к кристаллизационным камерам, названные каналы подключены к одному трубчатому элементу, внутри которого формируют отдельные кристаллизационные камеры для каждого из белков. Один конец трубчатого элемента соединен через микрозатвор с микронасосом, подающим из резервуара в полость трубчатого элемента рабочую среду, служащую для разделения полостей кристаллизационных камер, а другой конец трубчатого элемента соединен со сборником рабочей среды, причем для подачи растворов белков и осадителей через отдельные каналы в кристаллизационные камеры применяют отдельные микронасосы, функционирующие по индивидуальным программам. В качестве рабочей среды, применяющейся для разделения кристаллизационных камер внутри трубчатого элемента, возможно применение масла, а в качестве микронасосов для подачи белков, осадителей и рабочей среды возможно использование системы шприцевых инфузионных микронасосов. Диаметр канала в трубчатом элементе находится в диапазоне 200-500 мкм.The task and the necessary technical result are achieved by the fact that in a microfluidic device for crystallization of proteins, containing containers with solutions of various proteins and precipitants, pairwise connected through separate channels in which microblocks are installed, to crystallization chambers, these channels are connected to one tubular element, inside which form separate crystallization chambers for each of the proteins. One end of the tubular element is connected through a micro-gate to a micropump, which feeds a working medium from the reservoir into the cavity of the tubular element, which serves to separate the cavities of the crystallization chambers, and the other end of the tubular element is connected to a collector of the working medium, for supplying protein and precipitant solutions through separate channels to the crystallization cameras use separate micropumps that operate according to individual programs. It is possible to use oil as a working medium used to separate crystallization chambers inside a tubular element, and a system of syringe infusion micropumps can be used as micropumps to supply proteins, precipitants and a working medium. The diameter of the channel in the tubular element is in the range of 200-500 microns.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой устройства, представленной на фигуре.The essence of the invention is illustrated by the diagram of the device shown in the figure.

Устройство состоит из трубчатого элемента 1, диаметр канала внутри которого находится в диапазоне 200-500 мкм, с подведенными к нему вспомогательными каналами 2, 3, 4, через которые при помощи системы параллельно подключенных микронасосов 5 и 6 из емкостей 7-12 подаются рабочие растворы различных белков, находящихся в емкостях 7, 9, 11, и осадителей, находящихся в емкостях 8, 10, 12. Система микронасосов 5, 6 служит для подачи в канал трубчатого элемента 1 заданного количества растворов в требуемой последовательности и временных рамках. Система микрозатворов 13, расположенных в местах соединения канала трубчатого элемента 1 и вспомогательных каналов 2, 3, 4, устраняет возможность оттока вещества посредством диффузии, испарения и т.д. путем герметичного перекрытия вспомогательных каналов 2, 3, 4.The device consists of a tubular element 1, the diameter of the channel inside which is in the range of 200-500 μm, with auxiliary channels 2, 3, 4 connected to it, through which working solutions are supplied using a system of parallel-connected micropumps 5 and 6 from tanks 7-12 various proteins in containers 7, 9, 11, and precipitants in containers 8, 10, 12. The system of micropumps 5, 6 serves to feed a specified number of solutions into the channel of the tubular element 1 in the required sequence and time frame. The system of microblocks 13 located at the junction of the channel of the tubular element 1 and auxiliary channels 2, 3, 4, eliminates the possibility of outflow of matter through diffusion, evaporation, etc. by tightly closing the auxiliary channels 2, 3, 4.

На одном конце трубчатого элемента 1 находится резервуар 14 с рабочей средой, например, маслом, которое подается в канал трубчатого элемента 1 с помощью микронасоса 15 при открытом микрозатворе 16, на другом - сборник для стока рабочей среды 17, отделяемый от канала трубчатого элемента 1 при помощи микрозатвора 18. Рабочая среда 19 в канале трубчатого элемента 1 используется для разделения объемов рабочих растворов 20-28 и препятствует их смешиванию. Рабочая среда не взаимодействует с белковыми препаратами и, соответственно, не влияет на происходящие в каплях процессы по образованию кристаллов. При этом она препятствует контакту различных по составу и концентрации объемов, подающихся в канал трубчатого элемента.At one end of the tubular element 1 there is a reservoir 14 with a working medium, for example, oil, which is fed into the channel of the tubular element 1 using a micropump 15 with an open gate 16, and at the other there is a collector for draining the working medium 17, which is separated from the channel of the tubular element 1 at the help of the micro-lock 18. The working medium 19 in the channel of the tubular element 1 is used to separate the volumes of working solutions 20-28 and prevents their mixing. The working medium does not interact with protein preparations and, accordingly, does not affect the processes of crystal formation occurring in drops. At the same time, it prevents the contact of different composition and concentration of volumes supplied to the channel of the tubular element.

Между соседними парами вспомогательных каналов 2, 3, 4 в канале трубчатого элемента 1 установлена система микрозатворов 29, в закрытом состоянии исключающих возможность диффузии между объемами рабочих растворов, поданными в канал трубчатого элемента 1 через соседние пары вспомогательных каналов 2, 3, 4.Between adjacent pairs of auxiliary channels 2, 3, 4 in the channel of the tubular element 1, a micro-closure system 29 is installed, in the closed state eliminating the possibility of diffusion between the volumes of working solutions supplied to the channel of the tubular element 1 through adjacent pairs of auxiliary channels 2, 3, 4.

Работа с устройством происходит следующим образом. Канал трубчатого элемента 1 по всей длине заполняют рабочей средой из емкости 14 при помощи микронасоса 15 при открытых микрозатворах 16, 18 29. Рабочую среду прокачивают с необходимой скоростью в соответствии с заданной программой (за определенный период времени). Затем рабочие растворы белков из емкостей 7, 9, 11 и осадителей из емкостей 8, 10, 12, соответственно, в заданных объемах параллельно подают в названный канал через вспомогательные каналы 2, 3, 4 при помощи системы микронасосов 5, 6 при открытых микрозатворах 13. Система из параллельных емкостей с растворами 7-12 позволяет проводить эксперименты как с одним белком и различными осадителями, так и с несколькими, например, с тремя различными белками и тремя различными осадителями. При помощи микронасосов 5, 6, которые позволяют варьировать объемы подаваемых растворов, можно получать в канале трубчатого элемента 1 различные условия для кристаллизации белков. Избыток рабочей среды, образующийся при введении в этот канал 1 объемов с растворами белка и осадителя 20-28, через микрозатвор 18 попадает в сборник для стока рабочей среды 17.Work with the device is as follows. The channel of the tubular element 1 along the entire length is filled with a working medium from a container 14 using a micropump 15 with open microblocks 16, 18 29. The working medium is pumped at the required speed in accordance with a given program (for a certain period of time). Then, working solutions of proteins from containers 7, 9, 11 and precipitants from containers 8, 10, 12, respectively, in predetermined volumes are simultaneously supplied to the named channel through auxiliary channels 2, 3, 4 using a system of micropumps 5, 6 with open microclosures 13 A system of parallel containers with solutions 7-12 allows experiments to be carried out with one protein and different precipitators, as well as with several, for example, three different proteins and three different precipitators. Using micropumps 5, 6, which allow varying the volumes of the supplied solutions, it is possible to obtain various conditions for the crystallization of proteins in the channel of the tubular element 1. The excess of the working medium, formed when volumes of protein and precipitant solutions 20-28 are introduced into this channel 1, through the micro-gate 18 enter the collection tank for the drain of the working medium 17.

В канал трубчатого элемента 1, заполненный рабочей средой, одновременно из емкостей 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12 подают растворы белка и осадителя так, чтобы в канале трубчатого элемента 1 (на выходе из вспомогательных каналов 2, 3, 4) образовывались капли с растворами белка и осадителя 20, 21, 22. Избыток рабочей среды, образующийся при вытеснении рабочей среды каплями, сливается в сборник 17. При этом микронасос 15 продолжает прокачивать рабочую среду из резервуара 14 в объем канала трубчатого элемента 1. Через заданный по программе временной интервал из емкостей 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12 в канал трубчатого элемента 1 начинают подавать растворы белков и осадителей, которые, поступая внутрь канала трубчатого элемента 1, образуют капли 23, 24, 25 соответственно. Т.к. рабочая среда продолжает прокачиваться через канал трубчатого элемента 1, то между каплями с растворами образуется прослойка рабочей среды 19, которая препятствует их смешиванию, но при этом не влияет на процессы, происходящие в каплях. В результате образовавшиеся капли 20-25 перемещаются в канале трубчатого элемента 1 в направлении движения рабочей среды (справа налево, как обозначено стрелками на фигуре). Далее в канал трубчатого элемента 1 вводят дополнительные порции белков и осадителей, которые образуют капли 26, 27, 28. Операцию повторяют до тех пор, пока весь объем канала трубчатого элемента 1 будет заполнен каплями растворов белков и осадителей, разделенными прослойкой рабочей среды 19. Поскольку микронасосы 5, 6 позволяют в соответствии с заданной программой варьировать объем подаваемых в вспомогательные каналы 2, 3, 4 растворов, имеется возможность менять состав капель и получать различные условия для кристаллизации белков.In the channel of the tubular element 1 filled with the working medium, simultaneously, from the tanks 7 and 8, 9 and 10, 11 and 12, solutions of protein and precipitant are fed so that in the channel of the tubular element 1 (at the exit from the auxiliary channels 2, 3, 4) drops with solutions of protein and precipitant 20, 21, 22. The excess of the working medium, which is formed during the displacement of the working medium by drops, is discharged into the collector 17. At the same time, the micropump 15 continues to pump the working medium from the tank 14 into the channel volume of the tubular element 1. Through the program time interval from capacities 7 and 8, 9 and 10, 11 and 12 into the channel of the tubular element 1 begin to supply solutions of proteins and precipitants, which, entering the channel of the tubular element 1, form drops 23, 24, 25, respectively. Because Since the working medium continues to be pumped through the channel of the tubular element 1, a layer of the working medium 19 is formed between the drops with the solutions, which prevents their mixing, but does not affect the processes occurring in the drops. As a result, the formed drops 20-25 move in the channel of the tubular element 1 in the direction of movement of the working medium (from right to left, as indicated by arrows in the figure). Next, additional portions of proteins and precipitants are introduced into the channel of the tubular element 1, which form droplets 26, 27, 28. The operation is repeated until the entire volume of the channel of the tubular element 1 is filled with drops of protein and precipitant solutions separated by a layer of the working medium 19. Since micropumps 5, 6 allow, in accordance with a given program, to vary the volume of 2, 3, 4 solutions supplied to the auxiliary channels, it is possible to change the composition of the droplets and obtain various conditions for protein crystallization.

Таким образом, канал трубчатого элемента 1 заполняют каплями рабочих растворов 20-28, в которых должна происходить кристаллизация белков за счет диффузии в жидкости, и рабочей средой 19, которая разделяет капли растворов 20-28, а также препятствует их смешиванию. Канал трубчатого элемента 1, заполненный каплями кристаллизационных растворов и рабочей средой, показан на принципиальной схеме устройства, представленной на фигуре. После заполнения канала трубчатого элемента 1 всеми заданными объемами рабочих растворов микронасосы 5, 6 выключают, микрозатворы 13 закрывают. После этого прекращают подачу рабочей среды путем выключения микронасоса 15 и последовательно закрывают микрозатворы 29, 18. В каплях 20-28 с растворами белков и осадителей начинается кристаллизация белковых макромолекул.Thus, the channel of the tubular element 1 is filled with drops of working solutions 20-28, in which protein crystallization due to diffusion in the liquid should occur, and a working medium 19, which separates the drops of solutions 20-28, and also prevents their mixing. The channel of the tubular element 1, filled with droplets of crystallization solutions and a working medium, is shown in the schematic diagram of the device shown in the figure. After filling the channel of the tubular element 1 with all the specified volumes of the working solutions, the micropumps 5, 6 are turned off, the microblocks 13 are closed. After that, the flow of the working medium is stopped by turning off the micropump 15 and the microclosures 29, 18 are closed successively. In drops 20-28 with protein and precipitant solutions crystallization of protein macromolecules begins.

Конструкция и материал данного устройства позволяют проводить последующие исследования кристаллов белков непосредственно в канале трубчатого элемента 1, который отсоединяют от всего устройства при закрытых микрозатворах 13, 16, 18. Это позволяет избежать лишних действий по извлечению кристаллов, которые могут привести к частичному или полному разрушению исследуемых образцов. Т.к. микрозатворы герметично закрывают необходимые технологические отверстия в канале трубчатого элемента 1, названный элемент с каплями 20-28, в которых произошло образование кристаллов белков, при соблюдении необходимых внешних условий (температура, освещение, влажность окружающей среды) можно хранить и транспортировать в течение длительного срока. Трубчатый элемент с каналом 1 покрыт сверху прозрачной биологически нейтральной пленкой-скотчем, которая позволяют наблюдать за кристаллами при помощи оптической микроскопии и проводить исследования при помощи синхротронного излучения.The design and material of this device allow subsequent studies of protein crystals directly in the channel of the tubular element 1, which is disconnected from the entire device with closed microblocks 13, 16, 18. This avoids unnecessary steps to remove the crystals, which can lead to partial or complete destruction of the studied samples. Because micro-closures hermetically close the necessary technological holes in the channel of the tubular element 1, the named element with drops 20-28, in which the formation of protein crystals occurred, subject to the necessary external conditions (temperature, lighting, humidity) can be stored and transported for a long time. The tubular element with channel 1 is coated on top with a transparent biologically neutral film of adhesive tape, which allows you to observe the crystals using optical microscopy and conduct research using synchrotron radiation.

Проведенные эксперименты показали, что размеры канала, в котором происходит формирование кристаллов, позволяют использовать нанообъемы белка и осадителя и получать кристаллы с линейным размером 100-150 мкм. Микрофлюидное кристаллизационное устройство также позволяет проводить эксперименты как по подбору условий кристаллизации, так и по кристаллизации различных белков в одном канале - благодаря конструкции с параллельными и независимыми друг от друга микронасосами.The experiments showed that the size of the channel in which the formation of crystals allows the use of nanovolume protein and precipitant and to obtain crystals with a linear size of 100-150 microns. The microfluidic crystallization device also allows you to conduct experiments both on the selection of crystallization conditions and on the crystallization of various proteins in one channel - thanks to the design with parallel and independent of each other micropumps.

Приведенные факты подтверждают промышленную применимость устройства.The above facts confirm the industrial applicability of the device.

Claims (4)

1. Микрофлюидное устройство для кристаллизации белков в условиях невесомости, содержащее емкости с растворами различных белков и осадителей, попарно подключенные через отдельные каналы, в которых установлены микрозатворы, к кристаллизационным камерам, отличающееся тем, что названные каналы подключены к одному трубчатому элементу, внутри которого формируют отдельные кристаллизационные камеры для каждого из белков, один конец трубчатого элемента соединен через микрозатвор с микронасосом, подающим из резервуара в полость трубчатого элемента рабочую среду, служащую для разделения полостей кристаллизационных камер, а другой конец трубчатого элемента соединен со сборником рабочей среды, причем для подачи растворов белков и осадителей через отдельные каналы в кристаллизационные камеры применяют отдельные микронасосы, функционирующие по индивидуальным программам.1. Microfluidic device for crystallization of proteins in zero gravity conditions, containing containers with solutions of various proteins and precipitants, pairwise connected through separate channels in which microblocks are installed, to crystallization chambers, characterized in that the said channels are connected to a single tubular element, inside of which they form separate crystallization chambers for each of the proteins, one end of the tubular element is connected through a microblock to a micropump, which feeds from the reservoir into the cavity of the tubular electric ment working medium which serves to separate cavities crystallization chambers and the other end of the tubular member is connected to the collector of the working medium, wherein the supply of proteins and precipitating solutions via separate channels in the crystallization chamber individual micropumps used, operating on individual programs. 2. Микрофлюидное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве рабочей среды, применяющейся для разделения кристаллизационных камер внутри трубчатого элемента, применено масло.2. The microfluidic device according to claim 1, characterized in that oil is used as the working medium used to separate the crystallization chambers inside the tubular element. 3. Микрофлюидное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве микронасосов для подачи белков, осадителей и рабочей среды применена система шприцевых инфузионных микронасосов.3. The microfluidic device according to claim 1, characterized in that a system of syringe infusion micropumps is used as micropumps to supply proteins, precipitants and a working medium. 4. Микрофлюидное устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр канала в трубчатом элементе находится в диапазоне 200-500 мкм. 4. The microfluidic device according to claim 1, characterized in that the diameter of the channel in the tubular element is in the range of 200-500 microns.
RU2012135803/05A 2012-08-21 2012-08-21 Microfluid device for crystallisation of proteins in weightlessness conditions RU2522613C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012135803/05A RU2522613C2 (en) 2012-08-21 2012-08-21 Microfluid device for crystallisation of proteins in weightlessness conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012135803/05A RU2522613C2 (en) 2012-08-21 2012-08-21 Microfluid device for crystallisation of proteins in weightlessness conditions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012135803A RU2012135803A (en) 2014-02-27
RU2522613C2 true RU2522613C2 (en) 2014-07-20

Family

ID=50151585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012135803/05A RU2522613C2 (en) 2012-08-21 2012-08-21 Microfluid device for crystallisation of proteins in weightlessness conditions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522613C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2672581C2 (en) * 2016-12-30 2018-11-16 Общество с ограниченной ответственностью научно-технический центр "БиоКлиникум" (ООО НТЦ "БиоКлиникум") Microfluid device for studying effect of chemical substances on mammalian cells
RU217184U1 (en) * 2022-12-08 2023-03-22 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Cell for studying the structure of protein crystals in the process of their growth

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040595C1 (en) * 1992-05-28 1995-07-25 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Device for growing of protein single crystals
RU2042747C1 (en) * 1992-07-01 1995-08-27 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Biocrystallizer
US6409832B2 (en) * 2000-03-31 2002-06-25 Micronics, Inc. Protein crystallization in microfluidic structures

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2040595C1 (en) * 1992-05-28 1995-07-25 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Device for growing of protein single crystals
RU2042747C1 (en) * 1992-07-01 1995-08-27 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Biocrystallizer
US6409832B2 (en) * 2000-03-31 2002-06-25 Micronics, Inc. Protein crystallization in microfluidic structures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2672581C2 (en) * 2016-12-30 2018-11-16 Общество с ограниченной ответственностью научно-технический центр "БиоКлиникум" (ООО НТЦ "БиоКлиникум") Microfluid device for studying effect of chemical substances on mammalian cells
RU217184U1 (en) * 2022-12-08 2023-03-22 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" Cell for studying the structure of protein crystals in the process of their growth

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012135803A (en) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Giegé A historical perspective on protein crystallization from 1840 to the present day
US20240042445A1 (en) Manipulation of fluids and reactions in microfluidic systems
JP7003086B2 (en) Systems and methods for cell culture device interconnection and fluid device interconnection
Sui et al. Microfluidics: From crystallization to serial time-resolved crystallography
CN106669873B (en) Micro-fluidic chip and mixing system for cell freezing and control method thereof
CN105080627A (en) Integrated microfluidic chip for screening medicine and method for applying integrated microfluidic chip
US6849459B2 (en) Microfluidic chip for biomolecule crystallization
Lee et al. Nonphotochemical laser induced nucleation of hen egg white lysozyme crystals
US10166542B2 (en) Methods, systems and apparatus for microfluidic crystallization based on gradient mixing
US20190154552A1 (en) Microfluidic Device
De Stefano et al. The impact of microfluidics in high-throughput drug-screening applications
JP5261391B2 (en) Fluid flow apparatus including an apparatus, such as an apparatus for determining at least one property of a physicochemical system, an assembly, a process and a screening method for measuring at least one property of a physicochemical system
Aubry et al. Advances in microfluidics: technical innovations and applications in diagnostics and therapeutics
RU2522613C2 (en) Microfluid device for crystallisation of proteins in weightlessness conditions
US20100279396A1 (en) Micro-scaled animal cell incubator and production method thereof
Morais et al. Easy-to-use osmosis-based microfluidic chip for protein crystallization: application to a monoclonal antibody
JP7323663B2 (en) Microfluidic chip for molecular crystallization, method of preparation, device comprising said chip and method for molecular crystallization
JP2007230841A (en) Protein crystal formation method, apparatus for protein crystallization acceleration, and system for protein crystallization acceleration
CN106256436A (en) The micro flow control chip device of the anti-droplet evaporation of channel interval formula and method
JP2005538163A (en) Microfluidic chip for biomolecular crystallization
Joseph et al. Microfluidics in Chemical Biology
US11697671B2 (en) Enhanced crystal nucleation
Schulte et al. Confocal Absorption Microscopy of Biomolecules in the Atto-Mole Range
Tu et al. “Decorating” Cells with Genetically Encoded Fluorescent Proteins-What Color Suits Your Experiment Best?
Salmon Engineering Neurovascular Organoids and Morphogen Gradients with 3D Printed Microfluidic Chips

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180822