RU29932U1 - Устройство для селективной деструкции биологических объектов - Google Patents

Abstract

Устройство для селективной деструкции биологических объектов, включающее электроды для обработки суспензии биоообъектов, подключенные к генератору высокочастотного переменного электрического напряжения, отличающееся тем, что оно содержит последовательно расположенные узел подачи слабопроводящей суспензии со смесью биологических объектов, камеру для селективной деструкции в суспензии одного вида биообъектов из их смеси и коллектор для приема обработанной суспензии, снабженный на выходе первым управляющим вентилем, между камерой и коллектором установлен второй управляющий вентиль, причем электроды размещены в камере для селективной деструкции в суспензии одного вида биообъектов из их смеси, а генератор высокочастотного переменного электрического напряжения соединен с блоком управления частотой и амплитудой напряженности электрического поля.

Description

МПК с 12 М 1/33

УСТРОЙСТВО для СЕЛЕКТИВНОЙ ДЕСТРУКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Предлагаемая полезная модель относится к технике дезинтеграции биологических объектов, в частности бактерий, растительных и животных клеток и может найти применение в биотехнологии, медицине, ветеринарии, пищевой промышленности, санитарной гигиене и экологии.

Известно устройство для деструкции биологических объектов с помощью импульсного электрического поля (Патент США № 5235905, МПК А 23 L 3/32, 17.08.1993). В этом устройстве для деструкции патогенных микробиологических объектов в пищевых продуктах с целью их консервации, используется известный эффект электропорации клеток. В клеточной мембране микробиологического объекта, находящегося в суспензии, образуются поры, под действием высокой напряженности электрического поля. Эффективность деструкции зависит от электрических свойств среды и биообъекта, амплитуды напряженности электрического поля и длительности импульса. Устройство для деструкции включает камеру и два электрода расположенных в камере. Электрическое поле, создаваемое между электродами, действует на биообъекты и в результате в клеточной мембране образз отся поры. Большая часть биологических объектов с поврежденной мембраной является нежизнеспособной.

Недостатком этого устройства является низкая селективность деструкции биологических объектов.

Известно устройство для обработки водных сред электростатическим полем, позволяющая одновременно очистить водную среду от ионных загрязнений, а также от микроорганизмов. (Патент РФ № 2004267, МПК А

61 N 2/02, опубл. 15.12.93 г.). Устройство содержит электроды, подсоединенные к источнику высокого напряжения.

Однако обработка указанным устройством практически неприемлема для обработки биологических жидкостей, поскольку не обладает селективной деструкцией, т.к. используемые большие величины напряженности электростатического поля разрушают все клетки, входяш;ие в состав биологической жидкости.

Наиболее близким является устройство для дезинтеграции микроорганизмов, включающее два электрода: внешний выполнен в виде цилиндра, а внутри и соосно ему подают струей электропроводящую питательную среду с микроорганизмами, которая является внутренним электродом. Внешний электрод подсоединяют к источнику напряжения (Авторское свидетельство СССР № 842105, МПК С 12 N 13/00, опубл. 30.06.81 г.). При этом на биологическую жидкость воздействуют переменным электрическим напряжением частотой Гц.

Однако данное устройство-прототип обладает низкой селективностью деструкции микроорганизмов, что ограничивает его функциональные возможности.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание такого устройства для деструкции биологических объектов, который обеспечивал бы повышение селективной деструкции биологических объектов одного вида не нарушая жизнеспособности объектов других видов за счет чего обеспечивается расширение функциональной возможности заявляемого устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для селективной деструкции биологических объектов, включающем электроды для обработки суспензии биообъектов, подключенные к генератору высокочастотного переменного электрического напряжения, согласно полезной модели, оно содержит последовательно

расположенные узел подачи слабопроводящей суспензии со смесью биологических объектов, камеру для селективной деструкции в суспензии одного вида биообъектов из их смеси и коллектор для приема обработанной суспензии, снабженный на выходе первым управляющим вентилем, между камерой и коллектором установлен второй управляющий вентилъ, причем электроды размещены в камере для селективной деструкции в суспензии одного вида биообъектов из их смеси, а генератор высокочастотного переменного электрического напряжения соединен с блоком управления частотой и амплитудой напряженности электрического поля.

Под действием высокочастотного переменного электрического поля в мембране биологического объекта образуются поры. Эффективность деструкции зависит от электрических свойств среды (суспензии) и вида биообъекта, амплитуды напряженности и частоты электрического поля. Как правило, для данного вида биообъектов существуют критические частота и напряженность поля, при которых эффективность деструкции максимальна. За счет подбора оптимальной частоты и амплитуды переменного электрического поля обеспечивается высокая селективность деструкции биообъектов.

На фиг. 1 приведена схема устройства для деструкции биологических объектов с помощью высокочастотного электрического поля. На фиг. 2 приведена фотография первой стадии процесса деструкции целых эритроцитов человека в камере для деструкции. На фиг. 3 приведена фотография деструкции клеток ВНК-13 в переменном электрическом поле. На фиг. 4 приведена фотография процесса деструкции бактерий bacillus globigia.

Устройство для деструкции биологических объектов (фиг. 1) содержит последовательно и вертикально расположенные узел 1 подачи слабопроводящей суспензии со смесью биологических объектов, камера

2 для селективной деструкции в суспензии одного вида биообъектов из их смеси и коллектор 3 для приема обработанной суспензии, снабженный на выходе первым управляющим вентилем 4. Между камерой 2 и коллектором 3 установлен второй управляющий вентиль 5. В камере 2 вертикально и напротив друг друга размещены электроды 6, подключенные к генератору высокочастотного переменного электрического напряжения 7. Генератор высокочастотного переменного электрического напряжения 7 соединен с блоком 8 управления частотой и амплитудой напряженности электрического поля.

Устройство для деструкции биологических объектов с помощью высокочастотного электрического поля работает следующим образом.

Посредством узла 1 заполняют камеру 2 для деструкции суспензией биологических объектов с добавлением чистого слабоэлектропроводящего жизнеобеспечивающего раствора, например, раствора глюкозы. Далее используя блок 8 управления устанавливают оптимальную для деструкции биообъекта частоту и амплитуду напряженности электрического поля и включают генератор 7 высокочастотного переменного электрического напряжения, от которого подают на электроды 6 напряжение с той частотой и амплитудой при которой максимальна деструкция выбранного сорта биологических объектов. Коллектор 3 заполняют переработанной смесью, и удаляют при помощи вентиля 4.

По сравнению с прототипом, в котором деструкция биологических объектов обеспечивается только изменением амплитуды напряжения импульса на электродах в предлагаемом устройстве благодаря подбору не только оптимальной амплитуды, но и частоты переменного напряжения на электродах обеспечивается более высокая степень селективности деструкции выбранного сорта биологических объектов.

feftl/3c33f

амплитуды электрического поля при которой достигается максимальная степень деструкции. В качестве примеров приводятся данные экспериментов с деструкцией эритроцитов человека, клеток ВНК-13 и бактерий bacillus globigia. В экспериментальной установке расстояние между электродами составляет 60-100 мкм; диапазон изменения амплитуды напряжения составляет 10-50 вольт, диапазон изменения частоты электрического поля составляет от 30 кГц до 1 МГц.

На фиг. 2 приведена фотография первой стадии процесса деструкции целых эритроцитов человека в камере для деструкции. Устройство представляет собой две стеклянные пластины, на которых методом фотолитографии сформированы параллельно расположенные электроды. Для увеличения срока службы электродов они покрыты слоем диэлектрика. Расстояние между пластинами 50 мкм. Скорость потока 50 мкм/с. Оптимальная амплитуда напряжения на электродах 10 В. Оптимальная частота электрического поля, обеспечивающая деструкцию эритроцитов человека 1 МГц. Проба крови разведена в 5% растворе глюкозы в соотношении 1:1000.

На фиг. 3 приведена фотография деструкции клеток ВНК-13 в переменном электрическом поле. Расстояние между пластинами 50 мкм. Скорость потока 50 мкм/с. Оптимальная амплитуда напряжения на электродах 30 В. Оптимальная частота электрического поля при которой происходит деструкция клеток 100 кГц. Проба клеток ВНК-13 разведена в 5% растворе глюкозы.

На фиг. 4 приведена фотография процесса деструкции бактерий bacillus globigia. Расстояние между пластинами 50 мкм. Скорость потока 50 мкм/с. Оптимальная амплитуда напряжения на электродах 50 В. Оптимальная частота электрического поля при которой происходит деструкция бактерий 30 кГц.

Как видно на приведенных фотографиях деструкция эритроцитов человека наиболее выражена на частоте 1 МГц, а деструкция клеток ВНК13 - на частоте 100 кГц, Деструкция бактерий происходит только при частоте 30 кГц. В тоже время при обработке как эритроцитов человека, так и бактерий электрическим полем на частоте 100 кГц не происходит заметного их разрушения. Аналогично при обработке клеток ВНК-13 и бактерий электрическим полем на частоте 1 МГц не происходит заметного их разрушения.

Преимуш;ество устройства для деструкции биологических объектов с помощью высокочастотного электрического поля по сравнению с суш;ествующими заключаются в том, что он обеспечивает повышение степени селективности деструкции биологических объектов одновременно как за счет изменения амплитуды так и за счет частоты переменного напряжения на электродах в камере для деструкции.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено в условиях малого предприятия и промышленного производства с использованием стандартного оборудования и микросхем, современных материалов и технологии.

Claims (1)

1. Устройство для селективной деструкции биологических объектов, включающее электроды для обработки суспензии биоообъектов, подключенные к генератору высокочастотного переменного электрического напряжения, отличающееся тем, что оно содержит последовательно расположенные узел подачи слабопроводящей суспензии со смесью биологических объектов, камеру для селективной деструкции в суспензии одного вида биообъектов из их смеси и коллектор для приема обработанной суспензии, снабженный на выходе первым управляющим вентилем, между камерой и коллектором установлен второй управляющий вентиль, причем электроды размещены в камере для селективной деструкции в суспензии одного вида биообъектов из их смеси, а генератор высокочастотного переменного электрического напряжения соединен с блоком управления частотой и амплитудой напряженности электрического поля.