RU2786918C1

RU2786918C1 - Device for gravitational photobiology

Info

Publication number: RU2786918C1
Application number: RU2021140080A
Authority: RU
Inventors: Михаил Эммануилович Тальянский; Александр Юрьевич Скрипников
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-12-26

Abstract

FIELD: biotechnology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of gravitational photobiology. The device contains a housing that is made in the form of a container with a lid containing an air supply system, LEDs and electronic components. The air supply system consists of a fan, an air medium intake channel and an air outlet channel of the fan, which is fixed to the outer wall of the container. The walls of the housing have openings connected respectively with the air medium intake and outlet channels, the bottom of the container is equipped with means of fastening culture bottles with biological material. The air medium intake channel is formed by an opening in the end wall of the container and two internal partitions installed parallel to the end wall of the container at a distance from each other. Each of the internal partitions has an opening. The air medium outlet channel is formed by the end wall of the container with an opening and an internal partition installed parallel to the specified end wall. The inner partition has a hole in its upper part, the LEDs and electronic components are located on the removable lid, and the LEDs are evenly distributed over the entire surface of the lid.

EFFECT: device provides equalization of temperature conditions and light fluxes during incubation of biological material samples, the ability to change the orientation of the device with respect to the gravity vector g, simplification of the design, which ensures ease of equipping the container and prompt access to biological material during its operation while setting up the experiment.

7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области разработки научной аппаратуры для гравитационной фотобиологии, основанной на культивировании растений, грибов, водорослей, животных, микроорганизмов, модельных клеточных и бесклеточных биохимических систем с использованием источников фотонных потоков в диапазоне от 220 до 1000 нм с учетом воздействия на процессы роста и развития вектора гравитации g.The invention relates to the development of scientific equipment for gravitational photobiology based on the cultivation of plants, fungi, algae, animals, microorganisms, model cellular and cell-free biochemical systems using sources of photon fluxes in the range from 220 to 1000 nm, taking into account the impact on growth and development gravity vector g.

Новые источники света, основанные на светодиодах (Light Emitting Diodes - LED) начали широко применяться в научных и производственных целях для выращивания и обработки растений, а также других биологических объектов в конце ХХ в. На основе светодиодов были разработаны специальные устройства, представляющие из себя источники света, которые позволяли получать принципиально новые, ранее технически недостижимые спектральные композиции для выращивания растений и других фототрофов, а также животных и грибных объектов (патенты US 6921182 B2, US 9137874 B2, WO 03037068 A1). New light sources based on LEDs (Light Emitting Diodes - LED) began to be widely used for scientific and industrial purposes for growing and processing plants, as well as other biological objects at the end of the 20th century. On the basis of LEDs, special devices were developed, which are light sources that made it possible to obtain fundamentally new, previously technically unattainable spectral compositions for growing plants and other phototrophs, as well as animals and fungal objects (patents US 6921182 B2, US 9137874 B2, WO 03037068 A1).

Светодиоды начали широко использоваться как источники света в различных инкубаторах, разработанных ранее в области сельского хозяйства и используемых для проращивания семян, выращивания растений и для обработки других биологических объектов. Следует отметить, что сельскохозяйственные инкубаторы для растительного материала, как правило, наряду с источниками света оборудованы воздуховодами, вентиляторами для выполнения специфических производственных задач: «Установка для проращивания семян» с вентилятором для газообмена (патент на полезную модель РФ№ 57077U1), «Устройство для выращивания семян» с воздуховодом для газообмена (патент на полезную модель РФ № 67395U1), «Устройство для выращивания растений» с вентилятором для газообмена надземной части растений (патент на изобретение РФ № 2062027C1), «Устройство выделения воздуха для выращивания растений», оборудованный вентилятором для газообмена и отвода воздуха (патент на изобретение 2654813C2). Указанные устройства позволяют достигать поставленных целей в области сельскохозяйственного производства, но не могут обеспечить условий, которые необходимы при проведении научных экспериментов, а именно равномерные световые и температурные условия для каждого биологического образца. Обеспечение газообмена при помощи вентиляторов в указанном оборудовании автоматически не означает, что параметры воздушного потока одинаковы в области каждого биологического объекта, находящегося внутри инкубатора. Например, внутри «Устройства для выращивания растений» с вентилятором для газообмена надземной части растений (патент на изобретение РФ№ 2062027 C1) листовая масса, создает препятствия на пути воздушного потока, который не может быть равномерным при таких условиях расположения объектов внутри инкубатора. Технически условия равномерного воздушного потока и термостатирования биологических объектов при помощи потока воздуха в приведенных устройствах не заданы, такая цель при их разработке не ставилась. При помощи вентиляторов была решена проблема газообмена биологических тканей, и это не связано с возможностью возникновения одинаковых температурных условий для биологических объектов только потому, что для них созданы условия газообмена. LEDs have begun to be widely used as light sources in various incubators previously developed in the field of agriculture and used for seed germination, plant cultivation and for processing other biological objects. It should be noted that agricultural incubators for plant material, as a rule, along with light sources, are equipped with air ducts, fans to perform specific production tasks: “Installation for seed germination” with a fan for gas exchange (utility model patent RF No. 57077U1), “Device for growing seeds" with an air duct for gas exchange (utility model patent of the Russian Federation No. 67395U1), "Device for growing plants" with a fan for gas exchange of the aerial parts of plants (patent for the invention of the Russian Federation No. 2062027C1), "Air release device for growing plants", equipped with a fan for gas exchange and air removal (patent for invention 2654813C2). These devices make it possible to achieve the goals set in the field of agricultural production, but cannot provide the conditions that are necessary for scientific experiments, namely, uniform light and temperature conditions for each biological sample. Ensuring gas exchange with the help of fans in the specified equipment does not automatically mean that the parameters of the air flow are the same in the area of each biological object located inside the incubator. For example, inside the "Device for growing plants" with a fan for gas exchange of the aerial parts of plants (patent for the invention of the Russian Federation No. 2062027 C1), the leaf mass creates obstacles in the path of the air flow, which cannot be uniform under such conditions of the location of objects inside the incubator. The technical conditions for a uniform air flow and temperature control of biological objects using air flow are not specified in the above devices; such a goal was not set during their development. With the help of fans, the problem of gas exchange of biological tissues was solved, and this is not connected with the possibility of the occurrence of identical temperature conditions for biological objects only because gas exchange conditions are created for them.

Светодиодные источники освещения начали массово использоваться для оборудования термостатируемых шкафов для выращивания растений и других фототрофных организмов, массово поставляемых на рынок фирмами-производителями научного оборудования, например LED Plant Growth Chambers фирмы Geneva Scientific, США (https://www.geneva-scientific.com/product-category/environmental-chambers/led-plant-growth-chambers/). Выпускаемые в настоящее время стандартные световые инкубаторы, могут быть использованы для проведения фотобиологических экспериментов в научной лабораторной практике. Вместе с тем данная аппаратура не обеспечивает всех необходимых условий для проведения экспериментов в области гравитационной фотобиологии, для изучения фотортропизма биологических объектов с учетом воздействия на рост и развитие развития вектора гравитации g, являющимся для растений мощным векторным фактором, который конкурирует со световым потоком при ориентации клеточных делений и осей роста побегов и других органов растений. Данные приборы относятся к классу стационарного лабораторного оборудования, не предназначенному для частого перемещения, неприспособленному для лабораторной гравитационной фотобиологии, и не нацеленному на данные исследования, в которых массо-габаритные и монтажные параметры устройств имеют критическое значение, когда инкубатор (контейнер) в наземных экспериментах может быть установлен на горизонтальной поверхности на боковой стенке, когда его положение в ходе эксперимента может быть изменено под любым углом по отношению к вектору силы тяжести g или когда инкубатор может эксплуатироваться на клиностатах, даже если взять самые компактные инкубаторы из тех, которые поставляются на рынок. LED lighting sources have begun to be massively used to equip thermostatic cabinets for growing plants and other phototrophic organisms, which are massively supplied to the market by manufacturers of scientific equipment, for example, LED Plant Growth Chambers from Geneva Scientific, USA ( https://www.geneva-scientific.com /product-category/environmental-chambers/led-plant-growth-chambers/ ). Currently produced standard light incubators can be used for photobiological experiments in scientific laboratory practice. At the same time, this equipment does not provide all the necessary conditions for carrying out experiments in the field of gravitational photobiology, for studying the photortropism of biological objects, taking into account the effect on the growth and development of the development of the gravitational vector g, which is a powerful vector factor for plants that competes with the light flux in the orientation of cellular divisions and growth axes of shoots and other plant organs. These devices belong to the class of stationary laboratory equipment, not intended for frequent movement, unsuitable for laboratory gravitational photobiology, and not aimed at research data, in which the weight, size and installation parameters of devices are of critical importance, when the incubator (container) in ground experiments can be installed on a horizontal surface on the side wall, when its position during the experiment can be changed at any angle with respect to the gravity vector g or when the incubator can be operated on clinostats, even if we take the most compact incubators from those supplied to the market.

В течение последних двух десятилетий активно развивались исследования в области гравитационной и космической биологии, актуальность которых значительно возросла в последние годы в связи с подготовкой научной аппаратуры для космических программ на Луне и Марсе, а также в связи с разработкой космических оранжерейных установок. Светодиоды, излучающие при длинах волн 660 нм и 470 нм легли в основу при разработке космической оранжереи (Zyablova N.V., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Skripnikov A.Yu. 2010. The gravitropic and phototropic responses of wheat grown in a space greenhouse prototype with hemispherical planting surface. Advances in Space Research, V 46, Issue 10, 2010, PP 1273-1279). Было разработано устройство для выращивания растений, которое предлагается использовать в качестве салатной оранжереи в космических полетах (патент на полезную модель РФ№171917 U1). Данное устройство оборудовано светодиодами в качестве источника световой энергии для фотосинтеза растений и вентилятором для обеспечения газообмена внутри контейнера. К недостаткам данного оборудования, как научной аппаратуры для гравитационной фотобиологии, следует отнести отсутствие обеспечения равномерного светового потока для каждого растения как биологического объекта и отсутствие обеспечения равномерного воздушного потока от вентилятора для каждого биологического объекта с целью выравнивания температурных условий. Внутри данного устройства специально поддерживается градиент температур, при этом вентилятор выполняет свою функцию перемешивания газовой среды с целью конденсации водяного пара (патент на полезную модель РФ №171917 U1). Over the past two decades, research in the field of gravitational and space biology has been actively developed, the relevance of which has increased significantly in recent years in connection with the preparation of scientific equipment for space programs on the Moon and Mars, as well as in connection with the development of space greenhouse installations. LEDs emitting at wavelengths of 660 nm and 470 nm formed the basis for the development of a space greenhouse (Zyablova N.V., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Skripnikov A.Yu. 2010. The gravitropic and phototropic responses of wheat grown in a space greenhouse prototype with hemispherical planting surface, Advances in Space Research, V 46, Issue 10, 2010, PP 1273-1279). A device for growing plants was developed, which is proposed to be used as a salad greenhouse in space flights (utility model patent RF No. 171917 U1). This device is equipped with LEDs as a source of light energy for plant photosynthesis and a fan to ensure gas exchange inside the container. The disadvantages of this equipment, as scientific equipment for gravitational photobiology, include the lack of uniform light flux for each plant as a biological object and the lack of uniform air flow from the fan for each biological object in order to equalize temperature conditions. Inside this device, a temperature gradient is specially maintained, while the fan performs its function of mixing the gaseous medium in order to condense water vapor (utility model patent of the Russian Federation No. 171917 U1).

Светодиодные источники света начали активно применяться при производстве высокотехнологичной и научной аппаратуры для фотобиологии и гравитационной биологии растений, животных, грибов и водорослей. Совершенствование светодиодных устройств для инкубации биологических объектов продолжалось в направлении разработки компактного оборудования, принципиально отличающегося по массо-габаритным и монтажным параметрам от стационарных термостатируемых шкафов, оборудованных источниками света. LED light sources have begun to be actively used in the production of high-tech and scientific equipment for photobiology and gravitational biology of plants, animals, fungi and algae. The improvement of LED devices for the incubation of biological objects continued in the direction of the development of compact equipment, fundamentally different in terms of weight, size and installation parameters from stationary thermostated cabinets equipped with light sources.

С этой целью был разработан компактный контейнер закрытого типа, предназначенный для размещения внутри стандартных лабораторных термостатов и холодильников и оборудованный светодиодами, излучающими в красной (660 нм) и синей (440 нм) областях спектра электромагнитного излучения, названный «Устройство для обработки растительного материала» (Treatment apparatus for plant matter), международная заявка WO 2008065352. Следует отметить, что данное устройство не оборудовано автономной системой термостатирования, и терморегуляция данного устройства пассивно обеспечивается за счет установки устройства внутрь термостатов и холодильников, при этом выравнивание температурных условий для разных биологических объектов не предусмотрено. For this purpose, a compact closed-type container was developed, designed to be placed inside standard laboratory thermostats and refrigerators and equipped with LEDs emitting in the red (660 nm) and blue (440 nm) regions of the electromagnetic radiation spectrum, called the "Device for processing plant material" ( Treatment apparatus for plant matter), international application WO 2008065352. It should be noted that this device is not equipped with an autonomous temperature control system, and thermoregulation of this device is passively provided by installing the device inside thermostats and refrigerators, while equalizing temperature conditions for different biological objects is not provided .

Для проведения научных космических и гравитационных фотобиологических исследований были разработаны специальные компактные камеры с такими объектами, как прорастающие семена растений Arabidopsis, культуры мхов, грибов и микроорганизмов. В качестве базовых образцов научного оборудования для фотобиологических, гравитационных и космических исследований и в качестве аналогов, в том числе наиболее близкого, для настоящего изобретения следует привести следующую аппаратуру, которая оборудована светодиодами и активно эксплуатируется с момента разработки по настоящее время в космической и гравитационной биологии: To conduct scientific space and gravitational photobiological research, special compact cameras have been developed with objects such as germinating plant seeds.Arabidopsis, cultures of mosses, fungi and microorganisms. As basic samples of scientific equipment for photobiological, gravitational and space research and as analogues, including the closest, for the present invention, the following equipment should be cited, which is equipped with LEDs and has been actively used from the moment of development to the present in space and gravitational biology:

1) кассетный модульный инкубатор EMCS (European Modular Cultivation System) для проростков Arabidopsis (Correll M.J., Edelmann R.E., Hangarter R.P., Mullen J.L., Kiss J.Z. 2005. Ground-based studies of tropisms in hardware developed for the European Modular Cultivation System (EMCS) Adv Space Res 36: 1203-1210; Millar K.D.L., Kumar P., Correl M.J., Mullen J.L., Hangarter R.P., Edelmann R.E., Kiss J.Z. 2010. A novel phototropic response to red light is revealedin microgravity. New Phytologist. V. 186. P. 648-656; M.A. Valbuena, A. Manzano,· J.P. Vandenbrink, V. Pereda-Loth, E.Carnero-Diaz, R.E. Edelmann, J.Z. Kiss, · R. Herranz, F.J. Medina. 2018. The combined effects of real or simulated microgravity and red-light photoactivation on plant root meristematic cells. Planta. V. 248, P. 691-704). Указанное устройство EMCS представляет собой прямоугольный контейнер размером приблизительно 2х2х10 см, cнабженный системой подачи жидкой питательной среды на слой фильтровальной бумаги Whatman, покрытой полимерным эфирно-целлюлозной мембраной с расположенным на ней тонким слоем 1% гуаровой камеди для закрепления 14 семян растений Arabidopsis, семян по размерам не превышающим 0.5 мм в непроросшем состоянии. Контейнер оборудован двумя наборами светодиодов, размещенными на боковых стенках устройства: вдоль длинной стенки и вдоль торцевой (более короткой) стенки контейнера. Устройство EMCS сверху герметично закрыто стеклянной крышкой для наблюдений и для фотографирования биологических объектов, по периметру которой расположен нагревательный элемент для нагрева стекла с целью удаления влаги, которая может накапливаться на поверхности стекла в результате конденсации паров воды, которая является главным компонентом питательной среды, поступающей в слой фильтровальной бумаги. Контейнеры EMCS по пять штук упаковываются в боксы EC (Experimental Conteiners). Каждый из боксов EC оборудован двумя вентиляторами для охлаждения всего бокса с пятью устройствами EMCS. Устройство EMCS имеет следующие важные недостатки: one) cassette modular incubator EMCS (European Modular Cultivation System) for seedlingsArabidopsis (Correll M.J., Edelmann R.E., Hangarter R.P., Mullen J.L., Kiss J.Z. 2005. Ground-based studies of tropisms in hardware developed for the European Modular Cultivation System (EMCS) Adv Space Res 36: 1203-1210; Millar K.D.L., Kumar P. , Correl M. J., Mullen J. L., Hangarter R. P., Edelmann R. E., Kiss J. Z. 2010. A novel phototropic response to red light is revealed in microgravity, New Phytologist, V. 186, pp. 648-656; M.A. Valbuena, A. Manzano, J.P. Vandenbrink, V. Pereda-Loth, E. Carnero-Diaz, R.E. Edelmann, J.Z. Kiss, R. Herranz, F.J. Medina. 2018. The combined effects of real or simulated microgravity and red-light photoactivation on plant root meristematic cells. planta. V. 248, P. 691-704). This EMCS device is a rectangular container measuring approximately 2 x 2 x 10 cm, equipped with a system for supplying a liquid nutrient medium to a layer of Whatman filter paper coated with a polymeric cellulose ether membrane with a thin layer of 1% guar gum located on it to fix 14 plant seedsArabidopsis, seeds in size not exceeding 0.5 mm in an ungerminated state. The container is equipped with two sets of LEDs located on the side walls of the device: along the long wall and along the end (shorter) wall of the container. The EMCS device is hermetically sealed from above with a glass cover for observations and for photographing biological objects, along the perimeter of which there is a heating element for heating the glass in order to remove moisture that can accumulate on the glass surface as a result of condensation of water vapor, which is the main component of the nutrient medium entering the layer of filter paper. Five EMCS containers are packed in EC (Experimental Containers) boxes. Each of the EC boxes is equipped with two fans to cool the entire box with five EMCS devices. The EMCS device has the following important disadvantages:

а) неравномерность термостатирования устройств EMCS и отдельных биологических объектов, которые в них находятся, при работе вентиляторов в объеме (отсеке), который является соседним, примыкающим к контейнеру EC. Кроме того, термостатирование каждого из 14 биологических объектов, находящихся в одном контейнере EMCS, нарушается тем, что светодиоды, расположенные с торцевой части каждого устройства EMCS, выделяют тепло неравномерно, вдоль главной оси устройства и нарушают температурные условия для каждого из 14 объектов (семян, проростков растений), расположенных вдоль этой главной оси, когда ближайшие к источнику света объекты нагреваются от него сильнее, чем более удаленные от него; a) uneven temperature control of EMCS devices and individual biological objects that are located in them, when the fans are operating in a volume (compartment) that is adjacent to the EC container. In addition, the temperature control of each of the 14 biological objects located in one EMCS container is disturbed by the fact that the LEDs located on the end part of each EMCS device emit heat unevenly along the main axis of the device and violate the temperature conditions for each of the 14 objects (seeds, plant seedlings) located along this main axis, when the objects closest to the light source are heated from it more than those more distant from it;

б) неравномерность обработки биологических объектов световым излучением от светодиодов, расположенных на торцевой части устройства EMCS, в этих условиях световое излучение имеет градиентное, неодинаковое по квантовым потокам распределение для каждого биологического объекта, размещенного в устройстве EMCS, ближайшие к светодиодам проростки получают большую дозу излучения, а удаленные от них - меньшую. b) uneven processing of biological objects by light radiation from LEDs located on the end part of the EMCS device, under these conditions, light radiation has a gradient, unequal quantum flux distribution for each biological object located in the EMCS device, the seedlings closest to the LEDs receive a large dose of radiation, and remote from them - less.

2) Устройство для фиксации растительного материала (Беркович Ю.А., Медов В.М., Мухоян М.З., Никитин В.Б., Скрипников А.Ю. Патент RU 2555590C2, 2015), которое было успешно апробировано на космических аппаратах (биоспутниках) Бион М1 и Фотон М4, а также в ходе наземных контрольных экспериментов. Указанное устройство для фиксации растительного материала представляет собой контейнер, в котором находятся несколько светоизолированных друг от друга камер, скомпонованных в многоэтажную конструкцию. Каждая камера снабжена своей емкостью с субстратом для выращивания растений, источником света своей длины волны и своей видеокамерой. Источник света на кронштейне - радиаторе и видеокамера смонтированы на стенках камеры под прямым углом друг к другу. Растущие растения освещаются источником света через прозрачную боковую стенку емкости, а наблюдение видеокамерой ведется через другую перпендикулярную ей боковую стенку. Общие для всех камер источник электропитания и блок контроля и управления смонтированы на одной плате и закреплены внутри контейнера. Устройство для фиксации растительного материала не имеет системы термостатирования, не оборудовано вентиляторами. Поэтому недостатком данного устройства является техническая невозможность обеспечения одинаковых температурных условий для каждого из вариантов биологических образцов. 2) A device for fixing plant material (Berkovich Yu.A., Medov V.M., Mukhoyan M.Z., Nikitin V.B., Skripnikov A.Yu. Patent RU 2555590C2, 2015), which was successfully tested on space devices (biosatellites) Bion M1 and Photon M4, as well as in the course of ground-based control experiments. The specified device for fixing plant material is a container in which there are several chambers light-isolated from each other, arranged in a multi-storey structure. Each chamber is equipped with its own container with a substrate for growing plants, a light source of its own wavelength and its own video camera. The light source on the bracket - radiator and the video camera are mounted on the walls of the camera at right angles to each other. Growing plants are illuminated by a light source through the transparent side wall of the container, and the video camera is observed through another side wall perpendicular to it. The common power supply for all cameras and the monitoring and control unit are mounted on the same board and fixed inside the container. The device for fixing plant material does not have a temperature control system, it is not equipped with fans. Therefore, the disadvantage of this device is the technical impossibility of providing the same temperature conditions for each of the variants of biological samples.

3) Компактный контейнер PDFU, рассчитанный на одну чашку Петри и оборудованный светодиодом. Указанный аналог является прототипом. Контейнер PDFU представляет собой прямоугольный контейнер размером 1”x3.3”x3.3” (2.7х9х9 см), изготовленный из черного полимерного материала, предназначенный для размещения одной стандартной чашки Петри диаметром 6 см, на которую накладывается металлическая крышка с резиновыми прокладками для герметизации. Крышка имеет отверстия с клапанами для подачи внутрь емкости регуляторов клеточной активности или химических фиксаторов. Контейнер PDFU является темной камерой, выполненной из черного полимерного материала. Это полностью закрытый контейнер, за исключением одного отверстия: на боковой стенке контейнера PDFU размещен светодиод, который через круглое отверстие в боковой стенке диаметром 2-4 мм, закрытое стеклом, пропускает световое излучение на объект, находящийся в центральной зоне чашки Петри внутри контейнера. Недостатком световой обработки биологического материала в контейнере PDFU является неравномерность световых потоков для различных зон на чашке Петри вокруг центральной области размером 4 мм. Во многих случаях биологические объекты, активно развиваются и растут, распространяясь по поверхности питательной среды в чашке Петри, занимая периферические, соседние с центральной зоной чашки Петри, в которых световой поток существенно ниже, чем в центральной зоне. Таким образом биологический материал в ходе роста и развития клеточных структур неравномерно обрабатывается световым излучением. Контейнер PDFU не является автономной технической единицей. Контейнеры PDFU по 6 штук монтируются в прямоугольные контейнеры-канистры BRIC, которые, в свою очередь по 8 штук укладываются в прямоугольный контейнер-лоток (tray), снабженный вентилятором, для обеспечения термостатирования (поддержания стабильных температурных условий - temperature control) для всех 48 контейнеров PDFU, находящихся внутри контейнера-лотка. Следует отметить, что система термостатирования конструктивно не обеспечивает равномерный поток воздуха (газовой среды) внутри контейнера-лотка так как вентилятор закреплен на боковой, торцевой стенке контейнера-лотка и лишь обеспечивает охлаждение боковой стенки большого контейнера-лотка, содержащего 48 компактных контейнеров PDFU (Kern V.D., Sack F.D., White N.J., Anderson K., Wells W., Martin C. 1999. Spaceflight hardware allowing unilateral irradiation and chemical fixation in petri dishes. Adv Space Res 24: 775-778; Kern V.D., Schwuchow J.M., Reed D.W., Nadeau J.A., Lucas J., Skripnikov A., Sack F.D. 2005. Gravitropic moss cells default to spiral growth on the clinostat and in microgravity during spaceflight. Planta. V. 201, P. 149-157).3) Compact PDFU container, designed for one Petri dish and equipped with LED. The specified analog is a prototype. The PDFU container is a 1”x3.3”x3.3” (2.7x9x9 cm) rectangular container made of black polymer material designed to hold one standard 6 cm petri dish, which is overlaid with a metal lid with rubber gaskets to seal . The lid has openings with valves for supplying cell activity regulators or chemical fixatives into the container. The PDFU container is a dark chamber made of black polymer material. This is a completely closed container, with the exception of one hole: an LED is placed on the side wall of the PDFU container, which, through a round hole in the side wall with a diameter of 2-4 mm, covered with glass, transmits light radiation to an object located in the central zone of the Petri dish inside the container. The disadvantage of light processing of biological material in the PDFU container is the non-uniformity of light fluxes for different zones on a Petri dish around a central area of 4 mm. In many cases, biological objects actively develop and grow, spreading over the surface of the nutrient medium in the Petri dish, occupying the peripheral, adjacent to the central zone of the Petri dish, in which the light flux is significantly lower than in the central zone. Thus, biological material during the growth and development of cellular structures is unevenly processed by light radiation. The PDFU container is not a stand-alone technical unit. PDFU containers of 6 pieces are mounted in rectangular BRIC canister containers, which, in turn, of 8 pieces are placed in a rectangular tray container (tray) equipped with a fan to provide temperature control (maintaining stable temperature conditions - temperature control) for all 48 containers PDFUs inside a tray container. It should be noted that the temperature control system structurally does not provide a uniform flow of air (gas medium) inside the container-tray, since the fan is fixed on the side, end wall of the container-tray and only provides cooling of the side wall of a large container-tray containing 48 compact containers PDFU (Kern V.D., Sack F.D., White N.J., Anderson K., Wells W., Martin C. 1999. Spaceflight hardware allowing unilateral irradiation and chemical fixation in petri dishes Adv Space Res 24: 775-778 Kern V.D., Schwuchow J.M., Reed D.W. , Nadeau J.A., Lucas J., Skripnikov A., Sack F.D. 2005. Gravitropic moss cells default to spiral growth on the clinostat and in microgravity during spaceflight Planta V. 201, P. 149-157).

Несмотря на существенные недостатки устройств: прототипа настоящего изобретения PDFU и его аналогов EMCS и Устройства для фиксации растительного материала в настоящее время не существует альтернативы указанному оборудованию в тех случаях, когда возникает необходимость проведения фотобиологических (в первую очередь фототропических) и гравитационных научных экспериментов с макроскопическими (имеющими размеры 1 мм - 1 см) биологическими объектами растительной, животной, грибной природы. Вместе с тем данная научная проблематика в последние годы приобрела повышенную актуальность в связи с развитием направлений по разработке космических оранжерейных комплексов и проведением пилотных, модельных экспериментов в области изучения фототропизма растений и других организмов и воздействия на фоторегуляторные процессы вектора силы тяжести g. Для проведения научных исследований в области гравитационной фотобиологии необходима разработка нового контейнера, которая решает техническую проблему, связанную с главными недостатками экспериментальных контейнеров: прототипа настоящего изобретения PDFU и его аналогов EMCS, Устройства для фиксации растительного материала.Despite the significant drawbacks of the devices: the PDFU prototype of the present invention and its analogues EMCS and Device for fixing plant material, there is currently no alternative to the specified equipment in cases where it becomes necessary to conduct photobiological (primarily phototropic) and gravitational scientific experiments with macroscopic ( measuring 1 mm - 1 cm) biological objects of plant, animal, fungal nature. At the same time, this scientific problem has acquired increased relevance in recent years due to the development of areas for the development of space greenhouse complexes and the conduct of pilot, model experiments in the field of studying the phototropism of plants and other organisms and the effect of the gravity vector g on photoregulatory processes. For scientific research in the field of gravitational photobiology, it is necessary to develop a new container that solves the technical problem associated with the main shortcomings of experimental containers: the PDFU prototype of the present invention and its analogues EMCS, Plant Material Fixation Device.

Техническая проблема, которая возникает при эксплуатации прототипа PDFU и аналогов EMCS, Устройства для фиксации растительного материала заключается в том, что для биологического материала не может быть выполнено техническое условие по поддержанию одинаковых температурных условий для разных инкубируемых в устройстве образцов. Так PDFU и EMCS оборудованы лишь системой охлаждения с помощью вентиляторов одной из стенок контейнеров-боксов, содержащих 48 PDFU или 14 EMCS, что не обеспечивает корректного термостатирования биологических образцов. А Устройство для фиксации растительного материала не оборудовано автономной системой термостатирования. При этом в PDFU, EMCS и Устройстве для фиксации растительного материала в непосредственной близости с биологическими объектами находятся активно выделяющие тепло компоненты данных устройств, включающих светодиоды, электронные панели, электрические схемы и детали. Существующие устройства не обеспечивают температурных условий для проведения экспериментов в области гравитационной фотобиологии. Техническая проблема также связана с неравномерностью световых потоков, под воздействием которых находятся отдельные биологические объекты в устройствах PDFU, EMCS, Устройство для фиксации растительного материала. Кроме того, к недостаткам прототипа и аналогов, формирующим техническую проблему, следует отнести сложность технической операции по снаряжению устройств перед экспериментом и распаковки, извлечения биологического материала после окончания эксперимента, недоступность, невозможность извлечения биологического материала в ходе эксперимента, невозможность изменить параметры источников света в ходе эксперимента (длина волны, квантовый поток, плоскость поляризации). Достигаемый технический результат это равномерность температурных условий и световых потоков для разных инкубируемых в устройстве образцов, оперативный доступ к биологическим материалам в ходе подготовки и проведения экспериментов, в том числе с изменением направления воздействия вектора гравитации g, возможность настройки параметров освещения.The technical problem that arises during the operation of the PDFU prototype and analogues of the EMCS Device for fixing plant material is that the technical condition for maintaining the same temperature conditions for different samples incubated in the device cannot be met for the biological material. For example, PDFU and EMCS are equipped with only a cooling system using fans for one of the walls of container boxes containing 48 PDFU or 14 EMCS, which does not provide correct temperature control of biological samples. A The device for fixing plant material is not equipped with an independent temperature control system. At the same time, the PDFU, EMCS, and Device for fixing plant material in close proximity to biological objects are actively heat-generating components of these devices, including LEDs, electronic panels, electrical circuits, and parts. Existing devices do not provide temperature conditions for conducting experiments in the field of gravitational photobiology. The technical problem is also related to the non-uniformity of light fluxes, under the influence of which there are individual biological objects in the PDFU, EMCS devices, Device for fixing plant material. In addition, the disadvantages of the prototype and analogs, which form a technical problem, include the complexity of the technical operation for equipping devices before the experiment and unpacking, extracting biological material after the end of the experiment, inaccessibility, the impossibility of extracting biological material during the experiment, the inability to change the parameters of light sources during experiment (wavelength, quantum flux, plane of polarization). The achieved technical result is the uniformity of temperature conditions and light fluxes for different samples incubated in the device, quick access to biological materials during the preparation and conduct of experiments, including with a change in the direction of the gravity vector g, the ability to adjust lighting parameters.

Для решения технической проблемы и достижения заявленного технического результата предлагается устройство для гравитационной фотобиологии, корпус которого выполнен в виде контейнера с крышкой, содержащий систему воздухоснабжения, светодиоды, электронные компоненты. Система воздухоснабжения состоит из вентилятора, канала для забора воздушной среды и канал отвода воздушной среды, светодиоды и электронные компоненты расположены на съемной крышке. To solve the technical problem and achieve the claimed technical result, a device for gravitational photobiology is proposed, the body of which is made in the form of a container with a lid, containing an air supply system, LEDs, and electronic components. The air supply system consists of a fan, an air intake duct and an air outlet duct, LEDs and electronic components are located on a removable cover.

Корпус выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда. Стенки контейнера, дно и крышка выполнены из черного вспененного полихлорвинила или из листового алюминия, черненого по внутренним поверхностям боковых стенок, дна и крышки. Стенки корпуса имеют отверстия, сообщенные с каналом забора воздушной среды и канала отвода воздушной среды. Дно контейнера оборудовано средствами крепления культуральных сосудов с биологическим материалом. Корпус выполнен с возможностью установки на основание, на любую из боковых стенок и на крышку. The body is made in the form of a rectangular parallelepiped. The container walls, bottom and lid are made of black foamed polyvinyl chloride or aluminum sheet blackened on the inner surfaces of the side walls, bottom and lid. The body walls have openings connected with the air intake channel and the air outlet channel. The bottom of the container is equipped with means for attaching culture vessels with biological material. The body is made with the possibility of installation on the base, on any of the side walls and on the cover.

Вентилятор закреплен на стенке контейнера, имеющей отверстие, с внешней стороны контейнера.The fan is fixed on the wall of the container, which has an opening, from the outer side of the container.

Крышка контейнера оборудована монохромными светодиодами с длиной волны излучения от 200 до 1000 нм и/или светодиодами, излучающими в нескольких волновых диапазонах в интервале от 200 до 1000 нм. Светодиоды могут быть оборудованы поляризационными фильтрами. Светодиоды расположены равномерно по всей поверхности крышки. The lid of the container is equipped with monochrome LEDs with a wavelength of 200 to 1000 nm and/or LEDs emitting in several wavelength ranges from 200 to 1000 nm. LEDs can be equipped with polarizing filters. The LEDs are evenly spaced over the entire surface of the lid.

Устройство снабжено набором крышек с разным набором светодиодов.The device is equipped with a set of covers with a different set of LEDs.

Электронные компоненты представляют собой источники питания, резисторы, контроллеры, видеокамеры, модули памяти.Electronic components are power supplies, resistors, controllers, video cameras, memory modules.

Новизна заявленного устройства, связанная с циркуляцией газовой среды (воздуха) внутри рабочего объема устройства за счет работы вентилятора, дает технологические преимущества предложенного в настоящем изобретении устройства по сравнению с аналогами PDFU, EMCS и Устройством для фиксации растительного материала, и отличает заявляемое устройство от аналогов и прототипа выравниванием температурных и световых условий инкубации для каждого отдельного биологического образца. Равномерное распределение светодиодов по внутренней поверхности крышки создает условия для выровненной по квантовому потоку обработки всех биологических объектов, находящихся в контейнере. The novelty of the claimed device, associated with the circulation of the gaseous medium (air) inside the working volume of the device due to the operation of the fan, gives the technological advantages of the device proposed in the present invention in comparison with analogues PDFU, EMCS and the Device for fixing plant material, and distinguishes the claimed device from analogues and prototype by equalizing the temperature and light conditions of incubation for each individual biological sample. Uniform distribution of LEDs over the inner surface of the lid creates conditions for quantum-aligned processing of all biological objects in the container.

Сущность заявленного изобретения раскрывается фиг. 1, на которой представлено устройство для гравитационной фотобиологии в разрезе (а), вид с торца (б) и сверху (в), где The essence of the claimed invention is disclosed in Fig. 1, which shows a device for gravitational photobiology in section (a), end view (b) and top (c), where

1 - контейнер;1 - container;

2 - крышка;2 - cover;

3 - система воздухоснабжения;3 - air supply system;

4 - светодиоды;4 - LEDs;

5 - вентилятор;5 - fan;

6 - канал для забора воздушной среды;6 - channel for air intake;

7 - канал отвода воздушной среды;7 - air outlet channel;

8 - отверстие в корпусе (торцевой стенке), сообщенное с каналом для забора воздушной среды;8 - hole in the housing (end wall), communicated with the channel for air intake;

9 - отверстие в корпусе (торцевой стенке), сообщенное с каналом для отвода воздушной среды;9 - hole in the body (end wall), communicated with the channel for the removal of air;

10 - культуральные сосуды с биологическим материалом;10 - cultural vessels with biological material;

11 - внутренняя перегородка;11 - internal partition;

12 - внутренняя перегородка;12 - internal partition;

13 - торцевая стенка;13 - end wall;

14 - отверстие у внутренней перегородки, расположенное у ее нижней части;14 - hole at the inner partition, located at its lower part;

15 - отверстие у внутренней перегородки, расположенное у ее верхней части;15 - hole at the inner partition, located at its upper part;

16 - внутренняя перегородка;16 - internal partition;

17 - отверстие у внутренней перегородки, расположенное у ее верхней части.17 - hole at the inner partition, located at its upper part.

Устройство для гравитационной фотобиологии имеет корпус, который выполнен в виде контейнера (1) с крышкой (2) и имеет форму прямоугольного параллелепипеда. При этом стены контейнера (1) выполнены из черного вспененного полихлорвинила (4 мм), для расположения внутри него чашек Петри и других стандартных культуральных сосудов и их закрепления на дне контейнера. Например, размер контейнера может не превышать 50х10х10 см, при этом толщина стенок, выполненных из черного вспененного полихлорвинила, может не превышать 4 мм. Корпус контейнера (1) выполнен с возможностью установки на основание, на любую из боковых стенок, торцевых стенок и на крышку (2). The device for gravitational photobiology has a body, which is made in the form of a container (1) with a lid (2) and has the shape of a rectangular parallelepiped. At the same time, the walls of the container (1) are made of black foamed polyvinyl chloride (4 mm), for placing Petri dishes and other standard culture vessels inside it and fixing them at the bottom of the container. For example, the size of the container may not exceed 50x10x10 cm, while the wall thickness, made of black PVC foam, may not exceed 4 mm. The container body (1) can be installed on the base, on any of the side walls, end walls and on the lid (2).

Устройство содержит систему воздухоснабжения (3), светодиоды (4), вместе с другим электронными компонентами установленные на крышке (2). Направление воздушного потока обозначено жирными ненумерованными стрелками. The device contains an air supply system (3), LEDs (4), along with other electronic components, installed on the cover (2). The direction of the air flow is indicated by bold unnumbered arrows.

Система воздухоснабжения (3) состоит из вентилятора (5), канала забора воздушной среды (6) и канал отвода воздушной среды (7). Стенки корпуса имеют отверстия (8) и (9), сообщенные соответственно с каналом забора воздушной среды и каналом отвода воздушной среды. Дно контейнера (1) оборудовано средствами крепления (на рисунке не показано) культуральных сосудов с биологическим материалом (10). The air supply system (3) consists of a fan (5), an air intake channel (6) and an air outlet channel (7). The housing walls have openings (8) and (9) communicated with the air intake channel and the air outlet channel, respectively. The bottom of the container (1) is equipped with fastening means (not shown in the figure) of culture vessels with biological material (10).

Канал забора воздушной среды (6) образован отверстием (8) в торцевой стенке контейнера (1) и двумя внутренними перегородками (11) и (12), установленными параллельно торцевой стенке (13) контейнера на расстоянии друг от друга, каждая из внутренних перегородок (11) и (12) имеет отверстие, при этом у перегородки (11) отверстие (14) расположено в нижней её части, у перегородки (12) отверстие (15) расположено в верхней её части. The air intake channel (6) is formed by a hole (8) in the end wall of the container (1) and two internal partitions (11) and (12) installed parallel to the end wall (13) of the container at a distance from each other, each of the internal partitions ( 11) and (12) has a hole, while at the partition (11) the hole (14) is located in its lower part, at the partition (12) the hole (15) is located in its upper part.

Канал отвода воздушной среды (6) образован торцевой стенкой контейнера с отверстием (9) и внутренней перегородкой (16), установленной параллельно указанной торцевой стенке, при этом внутренняя перегородка (16) имеет отверстие (17) в верхней ее части.The air outlet channel (6) is formed by the end wall of the container with an opening (9) and an internal partition (16) installed parallel to said end wall, while the internal partition (16) has an opening (17) in its upper part.

Система воздухоснабжения в виде вентилятора, который обеспечивает равномерный поток воздуха во внутреннем объеме устройства, канала для забора газовой среды (воздуха) и канала отвода газовой среды (воздуха). Поток воздушной среды, поступающий от вентилятора, обеспечивает выравнивание температурных условий для всех образцов, находящихся в устройстве под воздействием светового излучения, что важно для биологии любых объектов исследования. The air supply system in the form of a fan that provides a uniform air flow in the internal volume of the device, a channel for the intake of a gaseous medium (air) and a channel for the removal of a gaseous medium (air). The air flow coming from the fan ensures the equalization of temperature conditions for all samples in the device under the influence of light radiation, which is important for the biology of any research objects.

С целью создания равномерного потока газовой среды внутри контейнера, на одной из торцевых стенок напротив отверстия установлен вентилятор, нагнетающий воздушную среду внутрь контейнера (фиг. 1). Внутри контейнера напротив вентилятора на расстоянии от торцевой стенки с отверстием, параллельно торцевой стенке установлена первая внутренняя перегородка. In order to create a uniform flow of the gaseous medium inside the container, a fan is installed on one of the end walls opposite the opening, which blows the air into the container (Fig. 1). Inside the container, opposite the fan, at a distance from the end wall with a hole, the first internal partition is installed parallel to the end wall.

Указанная перегородка прикреплена к боковым стенкам контейнера и перегораживает просвет контейнера не полностью, не доходя до дна контейнера, образуя щелевидное отверстие для поступления внутрь контейнера воздушной среды, нагнетаемой вентилятором. На расстоянии от первой внутренней перегородки, на дно контейнера установлена вторая внутренняя перегородка, которая не полностью закрывает просвет контейнера в верхней части, оставляет отверстие для прохождения потока воздушной среды, на некотором расстоянии от крышки. Said partition is attached to the side walls of the container and does not completely block the lumen of the container, not reaching the bottom of the container, forming a slit-like opening for the air medium pumped by the fan to enter the container. At a distance from the first internal partition, a second internal partition is installed on the bottom of the container, which does not completely cover the opening of the container in the upper part, leaves an opening for the passage of the air flow, at some distance from the lid.

Таким образом, две перегородки на пути газовой среды образуют коленчатый светоизолирующий воздуховод, который обеспечивает формирование равномерного потока газовой среды внутри контейнера, и в тоже время выполняет светоизолирующую функцию, не позволяя проникать внутрь контейнера световому излучению, которое может присутствовать во внешней среде, окружающей контейнер. Thus, two partitions on the path of the gaseous medium form an elbowed light-insulating air duct, which ensures the formation of a uniform flow of the gaseous medium inside the container, and at the same time performs a light-insulating function, preventing light radiation from penetrating inside the container, which may be present in the external environment surrounding the container.

Аналогичным образом организована светоизоляция в системе газоотвода на торцевой стенке контейнера, расположенной на противоположной стороне контейнера по отношению к торцевой стенке с круглым отверстием и вентилятором. В нижней части воздухоотводящей торцевой стенки контейнера имеется прямоугольное отверстие, которое по ширине совпадающее с размером просвета контейнера с внутренней стороны. Напротив воздухоотводящей торцевой стенки, на расстоянии от нее установлена вертикальная перегородка, не полностью перекрывающая просвет контейнера, оставляя сверху под крышкой отверстие. Таким образом, система газоотвода, состоящая из отверстия в нижней части торцевой стенки и перегородки внутри контейнера, отступающей от крышки, создает условия для поддержания равномерного потока газовой среды внутри контейнера и в тоже время является светоизолирующим каналом, не пропускающим в контейнер световое излучение из окружающей контейнер внешней среды. Light isolation is organized in a similar way in the gas outlet system on the end wall of the container, located on the opposite side of the container with respect to the end wall with a round hole and a fan. In the lower part of the air outlet end wall of the container, there is a rectangular hole, which coincides in width with the size of the container lumen from the inside. Opposite the air outlet end wall, at a distance from it, a vertical partition is installed, which does not completely cover the lumen of the container, leaving an opening under the lid on top. Thus, the gas exhaust system, consisting of an opening in the lower part of the end wall and a partition inside the container, receding from the lid, creates conditions for maintaining a uniform flow of the gaseous medium inside the container and at the same time is a light-insulating channel that does not let light radiation from the surrounding container into the container. external environment.

Светодиоды (3) могут быть оборудованы поляризационными фильтрами (на фиг. 1 не показано). LEDs (3) can be equipped with polarizing filters (not shown in Fig. 1).

Внутри контейнера имеются светодиоды, закрепленные на крышке равномерно по всей ее внутренней поверхностиInside the container there are LEDs fixed on the lid evenly over its entire inner surface.

Равномерное распределение светодиодов по внутренней поверхности крышки обеспечивает одинаковый латеральный (односторонний) световой поток для каждого биологического образца. Крышка контейнера с определенным набором светодиодов выполнена в нескольких вариантах и легко заменяется либо перед началом эксперимента, либо в ходе эксперимента. Фиксация крышки на контейнере производится путем накладывания крышки на контейнер сдвигом вдоль его оси, так чтобы она была зафиксирована при помощи четырех пазов, находящихся в верхних углах контейнера. Культуральные флаконы с биологическим материалом фиксируются на дне контейнера при помощи прижимного механизма. Крышка со светодиодами может быть оборудована миниатюрными видеокамерами для видеорегистрации биологических объектов. На светодиодах, закрепленных на крышке контейнера, могут быть закреплены поляризационные фильтры, размещенные на оптическом пути от светодиодов до биологических объектов. Uniform distribution of LEDs on the inner surface of the cover provides the same lateral (one-sided) light output for each biological sample. The lid of the container with a certain set of LEDs is made in several versions and can be easily replaced either before the start of the experiment or during the experiment. The lid is fixed on the container by placing the lid on the container by shifting along its axis so that it is fixed with the help of four grooves located in the upper corners of the container. Culture flasks with biological material are fixed at the bottom of the container using a clamping mechanism. The cover with LEDs can be equipped with miniature video cameras for video recording of biological objects. Polarizing filters placed on the optical path from the LEDs to biological objects can be attached to the LEDs fixed on the container lid.

Устройство для гравитационной фотобиологии работает следующим образом. Device for gravitational photobiology works as follows.

Перед началом эксперимента культуральные сосуды с биологическим материалом фиксируются на дне контейнера с помощью прижимного механизма, подбирается крышка с необходимым для целей эксперимента набором светодиодов, крышка со светодиодами накладывается на контейнер и сдвигается вдоль его оси так, чтобы фиксирующие пластины на четырех углах крышки вошли в фиксирующие пазы, расположенные на верхних углах контейнера. После этого запускаются программы управления светодиодами, включается вентилятор. Контейнер устанавливается на горизонтальной поверхности лабораторного стола в термостатируемом помещении. При необходимости изменения направления воздействия вектора гравитации g на биологические объекты, контейнер при помощи специальной подставки или штатива можно установить на столе под любым углом от 0 до 90 градусов по отношению вектору силы тяжести g или закрепить на клиностате при помощи штатных фиксирующих механизмов, которыми оборудован клиностат. В ходе эксперимента возможно осуществить инспекцию (наблюдение за биологическим материалом внутри контейнера), изъятие части культуральных флаконов, а также замена светового режима для биологических объектов путем замены одной крышки на другую в зависимости от требований эксперимента по набору светодиодов в соответствии с длинами волн и квантовыми потоками. Before the start of the experiment, the culture vessels with biological material are fixed at the bottom of the container using a clamping mechanism, a lid with a set of LEDs necessary for the purposes of the experiment is selected, the lid with LEDs is placed on the container and shifted along its axis so that the fixing plates at the four corners of the lid fit into the fixing plates. grooves located at the top corners of the container. After that, the LED control programs are launched, the fan turns on. The container is placed on a horizontal surface of a laboratory table in a thermostatically controlled room. If it is necessary to change the direction of the effect of the gravity vector g on biological objects, the container can be placed on the table at any angle from 0 to 90 degrees with respect to the gravity vector g using a special stand or tripod or fixed to the clinostat using the standard locking mechanisms that the clinostat is equipped with. . During the experiment, it is possible to carry out an inspection (observation of the biological material inside the container), withdrawal of part of the culture flasks, as well as replacement of the light regime for biological objects by replacing one cover with another, depending on the requirements of the experiment for a set of LEDs in accordance with wavelengths and quantum fluxes .

Разработанное устройство предназначено для изучения фоторегуляции процессов в биосистемах, включая растительные, грибные, животные и микробиологические объекты, выращиваемые в чашках Петри или других сосудах при воздействии вектора гравитации. Изобретение заменяет использование стандартных инкубаторов в виде крупногабаритных шкафов и темных комнат, оборудованных источниками освещения, контролируемого по квантовым потокам и спектральному составу. Предложенное в изобретении Устройство для гравитационной фотобиологии является более совершенным и предпочтительным оборудованием по сравнению с устройствами-аналогами EMCS, Устройство для фиксации растительного материала и прототипом PDFU, так как имеет существенные технические преимущества, связанные с поддержанием одинаковых температурных и световых условий для каждого биологического образца. В предложенном в настоящей заявке изобретении по сравнению с аналогами и прототипом разработан новый тип светового инкубатора для фотобиологических и фотобиохимических исследований, который позволяет в стандартных лабораторных условиях проводить масштабные эксперименты по гравитационной фотобиологии и успешно заменяет приведенные выше аналоги разработанной аппаратуры и позволяет проводить инкубацию исследуемых биологических объектов при поддержании температурных и световых (по направленности, квантовому потоку, плоскости поляризации) условий для каждого образца. The developed device is intended for studying the photoregulation of processes in biosystems, including plant, fungal, animal and microbiological objects grown in Petri dishes or other vessels under the influence of a gravity vector. The invention replaces the use of standard incubators in the form of large cabinets and dark rooms equipped with light sources controlled by quantum fluxes and spectral composition. The device proposed in the invention for gravitational photobiology is more advanced and preferred equipment compared to the EMCS analog devices, the Device for fixing plant material and the PDFU prototype, as it has significant technical advantages associated with maintaining the same temperature and light conditions for each biological sample. In the invention proposed in this application, in comparison with analogues and a prototype, a new type of light incubator for photobiological and photobiochemical studies has been developed, which allows large-scale experiments on gravitational photobiology under standard laboratory conditions and successfully replaces the above analogues of the developed equipment and allows for the incubation of biological objects under study while maintaining temperature and light (directivity, quantum flux, polarization plane) conditions for each sample.

Технический результат, который позволяет получить настоящее изобретение, заключается достижении выравнивания температурных условий и световых потоков при инкубации образцов биологического материала в заявленной устройстве для гравитационной фотобиологии, возможность изменять ориентацию устройства по отношению к вектору гравитации g, упрощение конструкции, обеспечивающей простоту снаряжения контейнера и оперативного доступа к биологическому материалу в ходе его эксплуатации при проведении эксперимента. The technical result, which allows to obtain the present invention, is to achieve equalization of temperature conditions and light fluxes during incubation of biological material samples in the claimed device for gravitational photobiology, the ability to change the orientation of the device with respect to the gravitational vector g, simplifying the design, which ensures ease of equipping the container and operational access to the biological material during its operation during the experiment.

Технический результат данного изобретения достигается за счет оборудования контейнера системой воздухоснабжения, состоящей из вентилятора, закрепленного напротив отверстия в торцевой стенке контейнера, с его внешней стороны; канала для забора воздушной среды и канал отвода воздушной среды. The technical result of this invention is achieved by equipping the container with an air supply system consisting of a fan fixed opposite the hole in the end wall of the container, from its outer side; an air intake channel and an air outlet channel.

Канал для забора воздушной среды образован внутренними перегородками, расположенными параллельно торцевой стенке контейнера, при этом высота внутренних перегородок подобрана так, чтобы не перекрывать полностью просвет и обеспечить проход воздушной среды, при этом одна из внутренних перегородок не перекрывает просвет в нижней части контейнера, вторая в его верхней части.The air intake channel is formed by internal partitions located parallel to the end wall of the container, while the height of the internal partitions is chosen so as not to completely block the gap and ensure the passage of the air medium, while one of the internal partitions does not block the gap in the lower part of the container, the second in its top.

Расположение вентилятора на боковой стенке контейнера и организация газового потока внутри контейнера при помощи перегородок и воздуховодов создает условия для равномерного потока газовой среды внутри контейнера и поддержания одинаковых температурных условий для биологических образцов, находящихся в культуральных сосудах, которые закреплены на нижней стороне контейнера вдоль его главной оси. Равномерное распределение светодиодов по внутренней поверхности крышки обеспечивает одинаковый латеральный (односторонний) световой поток для каждого биологического образца. The location of the fan on the side wall of the container and the organization of the gas flow inside the container using partitions and air ducts creates conditions for a uniform flow of the gas medium inside the container and maintaining the same temperature conditions for biological samples in culture vessels that are fixed on the underside of the container along its main axis . Uniform distribution of LEDs on the inner surface of the cover provides the same lateral (one-sided) light output for each biological sample.

Существенным техническим преимуществом заявленного устройства для гравитационной фотобиологии является обеспечение максимально облегченного доступа к биологическому материалу, что достигается простым снятием крышки устройства, на которой закреплены светодиоды. Периодический доступ к биологическому материалу является неотъемлемой частью большинства биологических экспериментов, в которых проводится мониторинг, контроль биологического материала, отбор и замена образцов, и это условие обеспечено в заявленном устройстве. A significant technical advantage of the claimed device for gravitational photobiology is to provide the easiest access to biological material, which is achieved by simply removing the cover of the device, on which the LEDs are fixed. Periodic access to biological material is an integral part of most biological experiments in which monitoring, control of biological material, sampling and replacement of samples is carried out, and this condition is provided in the claimed device.

Важным техническим преимуществом устройства является максимально упрощенная техническая операция по замене набора светодиодов. Для выполнения данной операции необходимо заменить крышку устройства вместе с закрепленными на ней светодиодными осветителями на другую крышку. С целью выполнения экспериментов с разными источниками света устройство комплектуется набором крышек, на которых закреплены светодиоды в разных наборах. An important technical advantage of the device is the most simplified technical operation for replacing a set of LEDs. To perform this operation, it is necessary to replace the cover of the device, together with the LED illuminators attached to it, with another cover. In order to perform experiments with different light sources, the device is equipped with a set of covers on which LEDs are fixed in different sets.

Малые массо-габаритные параметры устройства позволяют его отнести категории переносных настольных приборов, позволяют изменять ориентацию устройства по отношению к вектору гравитации g, а именно, проводить инкубацию биологического материала при установке устройства на любую из шести поверхностей (граней) устройства, которое по форме представляет собой прямоугольный параллелепипед. Таким образом, устройство обеспечивает выполнение критического условия изменения направления действия векторов гравитации и светового излучения на биологические образцы при проведении гравитационных фотобиологических экспериментов. Малоразмерные, компактные габариты устройства позволяют менять положение экспериментальных объектов по отношению к вектору гравитации g как в стационарных (статических) вариантах экспериментов, так на клиностатах, с непрерывным изменением положения устройства с закрепленными в нем культуральными сосудами относительно вектора g. Устройство для гравитационной фотобиологии может быть предложено в качестве бортового оборудования для эксплуатации на биоспутниках, а также на пилотируемых космических аппаратах, в которых научный экипаж может использовать технические преимущества устройства, связанные малогабаритностью и простотой снаряжения, а в контрольных наземных экспериментах эксплуатироваться как в стационарных вариантах, так и на клиностатах. The small weight and size parameters of the device allow it to be classified as portable desktop devices, allow you to change the orientation of the device with respect to the gravity vector g, namely, to carry out the incubation of biological material when the device is installed on any of the six surfaces (faces) of the device, which in shape is rectangular parallelepiped. Thus, the device ensures the fulfillment of the critical condition for changing the direction of action of the gravity vectors and light radiation on biological samples during gravitational photobiological experiments. The small-sized, compact dimensions of the device make it possible to change the position of experimental objects with respect to the gravity vector g both in stationary (static) versions of experiments and on clinostats, with a continuous change in the position of the device with culture vessels fixed in it relative to the vector g. A device for gravitational photobiology can be proposed as on-board equipment for operation on biosatellites, as well as on manned spacecraft, in which the scientific crew can use the technical advantages of the device associated with small size and simplicity of equipment, and in control ground experiments can be operated both in stationary versions, as well as on clinostats.

Claims

1. A device for gravitational photobiology, the body of which is made in the form of a container with a lid, containing an air supply system, LEDs and electronic components, characterized in that the air supply system consists of a fan, an air intake channel and an air outlet channel of the fan, which is fixed on the external wall of the container, the walls of the body have openings connected, respectively, with the air intake and discharge channel, the bottom of the container is equipped with means for attaching cultural vessels with biological material, the air intake channel is formed by a hole in the end wall of the container and two internal partitions installed parallel to the end wall of the container on distance from each other, each of the internal partitions has a hole, the air outlet channel is formed by the end wall of the container with the hole and the internal partition installed parallel to the said end wall, while the internal partition The bead has a hole in its upper part, the LEDs and electronic components are located on a removable cover, the LEDs are evenly distributed over the entire surface of the cover.

2. The device according to claim. 1, characterized in that the body is made in the form of a rectangular parallelepiped.

3. The device according to claim 1, characterized in that the walls of the container, the bottom and the lid are made of black foamed polyvinyl chloride or aluminum sheet blackened along the inner surfaces of the side walls, bottom and lid.

4. The device according to claim. 1, characterized in that the housing is made with the possibility of its installation on the base, on any of the side walls and on the cover.

5. The device according to claim 1, characterized in that the lid of the container is equipped with monochrome LEDs with an emission wavelength from 200 to 1000 nm and/or LEDs emitting in several wavelength ranges in the range from 200 to 1000 nm.

6. Device according to claim 3, characterized in that the LEDs can be equipped with polarizing filters.

7. The device according to claim 1, characterized in that the electronic components are power supplies, resistors, controllers, video cameras, memory modules.