SU1712856A1

SU1712856A1 - Способ концентрировани биообъектов в суспензии

Info

Publication number: SU1712856A1
Application number: SU894705173A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Генералов; Талгат Сальманович Бакиров; Валерий Михайлович Чермашенцев
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Молекулярной Биологии
Priority date: 1989-06-14
Filing date: 1989-06-14
Publication date: 1992-02-15

Abstract

Изобретение относитс к средствам и способам концентрировани биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследовани х. Цель изобретени - обеспечение возможности концентрировани биообъектов по их дипольному моменту и пол ризуемости. Способ включает пропускание суспензии биообъектов через рабочий объем камеры с последовательно установленными в ней электродами и подачу на электроды неоднородного электрического пол в виде сто чей электрической волны^с градиентом напр женности разной величины одновременно на разных участках потока. Камера в устройстве выполнена в виде канала, а электроды - в виде колец, подсоединенных параллельно к источнику переменного напр жени через резисторы. Патрубки дл слива концентрата биообъектов установлены по длине канала на участках концентрировани биообъектов с определенным дипольным моментом и пол ризуемостью. 4 ил.слсИзобретение относитс к средствам и cnoco6aivi концентрировани биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследовани х.Известно, что величина дипольного момента и пол ризуемость биообъектов коррелируют с их иммуногенностью. По величине дипольного момента биообъекта можно оценить его иммуногенность: чем больше дипольный момент биообъекта, тем больше его иммуногенность.-В св зи с этим возни-кает задача, св занна с отделением и концентрированием объектов одной субпопул ции с одинаковыми дипольными моментами и пол ризуемостью из суспензии, содержащей смесь объектов с разными дипольными моментами и пол ризуемостью, дл последующего исследовани концентрата.^Известно много способов и средств концентрировани биообъектов по различным параметрам: по весу, плотности, размерам, взаимодействию с химическими вещества-VJГО 00сл о

Description

ми и др. Наиболее близкими техническими решени ми вл ютс способы и устройства дл концентрировани биообъектов по величине электрического зар да.

Известен способ разделени и концентрировани клеток животных, включающий введение в сепараторную камеру культуры клеток животных и среды дл суспендирова ))и этих клеток. Среда представл ет собой водную полимерную систему, одна из фаз кс торой обладает электрофоретической мдбильностью в электростатическом поле. В камере между электродами формируют электростатическое поле и удал ют концентрат клеток у одного из электродов.

Недостатком способа вл етс невозможность селективного концентрировани клеток и других биообъектов по их дипольному моменту и пол ризуемости.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс способ сли ни живых клеток. Способ включает заполнение суспензией клеток рабочего объема с последовательно установленными в нем электродами и подачу на электроды переменного тока дл создани в промежутках между электродами неоднородного электрического пол и удаление клеток на участке их концентрировани .

Недостатком способа-прототипа вл етс невозможность селективного концентрировани биообъектов по их дипольному моменту и пол ризуемости.

Цель изобретени - обеспечение возможности концентрировани биообъектов по их дипольному моменту и пол ризуемости .

Указанна цель достигаетс тем, что через рабочий объемкамеры с последовательно установленными в нем электродами пропускают суспензию биообъектов, наприг мер, микроорганизмов, вирусов или клеток культур. На суспензию накладывают переменный электрический ток дл создани в суспензии в промежутках между электродами неоднородного электрического пол . Биообъекты удал ют на участке их концентрировани . Причем суспензию биообъектов пропускают через рабочий объем в виде непрерывного потока, а неоднородное электрическое поле формируют в виде сто чей электрической волны с градиентом напр женности электрического пол разной величины одновременно на разных участках потока. Величину градиента напр женности электрического пол устанавливают, исход из услови обеспечени равенства , сил ы действующей на биообъект со стороны электрического пол , и силы сопротивлени движению биообъекта со стороны суспензии

Р grad (Е)б yf-tj-r-Vif,

где Р - дипольный момент биообъекта;

grad (Е)- градиент напр женности злектрического пол ;

tj - в зкость суспензии;

г - радиус биообъекта;

скорость потока суспензии относительно стационарного неоднородного электрического пол .

На фиг. 1 изображена схема устройства дл реализации способа концентрировани биообъектов в суспензии; на фиг. 2 - распределение градиента Е электрического пол по длине канала; на фиг. 3 - схема экспериментальной модели устройства дл проверки возможности реализации способа концентрировани биообъектов и работоспособности устройства; на фиг, 4 - фотографии процесса концентрировани эритроцитов в экспериментальной модели устройства

Устройство дл реализации способа концентрировани биообъектов в суспензии состоит (фиг. 1) из камеры, выполненной в виде канала 1, имеющего с одного конца ем кость 2 дл подачи суспензии биообъекта, а с другого - задвижку 3 и емкость 4 дл слива остатка суспензии. Подлине канала 1 установлены последовательно электроды 5, выполненные в виде колец, и патрубки 6 с кранами дл слива концентрата биообъектов с разными дипольными моментами. Патрубки 6 расположены в канале 1 на участках 7-9 концентрировани биообьектов. Кроме того, в канале 1 между патрубками 6 имеютс задвижки 10 дл перекрыти сечени канала 1 при сливе концентратов биообъектов . Электроды 5 подсоединены параллельно к источнику 11 переменного напр жени через резисторы 12 в виде электрических цепей 13 (с разным сопротивлением) дл формировани вдоль канала 1 сто чей волны , с последовательно нарастающей амплитудой градиента напр женности электрического пол (фиг. 2).

Способ концентрировани биообъектов в суспензии осуществл етс с помощью устройства следующим образом.

При непрерывном способе концентрировани биообъектов суспензию биообъектов (макромолекулы, вирусы, бактерии, клетки) подают в емкость 2. из которой суспензи поступает в канал 1 и перетекает в емкость 4 при открытых задвижках 3 и 10 и кранах на патрубках 6. На электроды 5 подают переменное напр жение от источника 11. Поскольку электрические цепи 13 имеют разное сопротивление, как показано на фиг. 1. то между соседними электродами 5 в канале 1 возникают градиенты напр женности электрического пол с пучност ми и узлами (фиг. 2), т. е. формируют сто чие злектрические волны с градиентом напр женности разной величины одновременно на разных участках потока суспензии. При протекании потока суспензии в области сто чей волны с малой амплитудой градиента напр женности злектрического пол биообъекты , имеющие большой дипольный момент , будут тормозитьс , если дл них выполнено условие равенства силы, действующей со стороны электрического пол , и силы сопротивлени , действующей со стороны жидкости

Р grad (Е) Ъ п rj Г .

Значение разности потенциалов (U) между соседними электродами определ етс выбранной величиной градиента напр женности электрического пол соотношением

U 2-grad(E)-L2, .

, где рассто ние между соседними электродами ..

Таким образом, биообъекты с болъшиМ дипольным моментом будут концентрироватьс в области сто чей волны с малым градиентом напр женности электрического пол , т. е. на участке 7 канала 1. Биообъекты со средним значением дипольного момента будут по той же причине концентрироватьс в области сто чей волны со средним значением градиента напр женности Злектрического пол на участке 8 канала 1, а биообъекты с малым дипольным моментом будут концентрироватьс в области волны с большим значением градиента напр женности электрического пол , т. е. на участке 9 канала 1. Концентрат биообъектов непрерывно сливаетс на участках 7-9 через патрубки б, а остаток суспензии поступает в емкость 4.,

Способ может быть реализован и при циклической работе устройства. В этом сЛучае селективное концент|Эирование биообъектов , производитс при открытых задвижках 3 и 10 и закрытых кранах на патрубках 6. После накоплени концентрата биообъектовна участках 7-9 канала 1 и патрубках 6 задвижки 3 и 10 перекрывают канал 1 и краны на патрубках 6 открывают дл

слива концентрата в пробирки. Далее задвижки 3 и 10 открывают и закрывают краны на патрубках 6, цикл концентрировани повтор етс . Дл повышени степени селективного концентрировани биообъектов по дипольному моменту кажда полученна фракци биообъектов с определенным дипольным моментом может быть пропущена несколько раз через канал 1 устройства.

Пример. Дл проверки работы устройства и. возможности реализации способа изготовлена упрощенна модель устройства дл концентрировани биообъектов в суспензии (фиг. 3). Модель содержит корпус 14, в котором выполнены канал 15 с последовательно установленными электродами 15. Рассто ние между электродами ,3 мм. На электроды 16 подаетс переменное напр жение через резисторы 17 с

разной величиной сопротивлени от источника 18 переменного напр жени . Через канал 15 пропускают суспензию эритроцитов 19 со скоростью 1 мкм/с, Модель устройства обеспечивает концентрирование клеток

эритроцитов с дипольным моментом, большим определенного заданного значени . Суспензи эритроцитов с исходной концентрацией 1 млн клеток на 1 мл протекает через канал 1. На электроды подаетс переменное напр жение с частотой 82 кГц. Напр жение и на первую пару электродов подаетс 0,5 В, на вторую - 2 В, на третью -4В, на четвертую -6В (на фиг. 3 четверта пара электродов не показана). В промежутках между электродами устанавливаетс неоднородное электрическое поле со средним значением градиента напр женности электрического пол

grad (Е)-и/(2 -L),

40

где и - разность напр жений на соседних электродах;

L - рассто ние между соседними электродами .

Под действием электрического пол в эритроцитах индуцируетс дипольный моMeHt , который взаимодействует с градиентом электрического пол . При этом

Claims

возникает сила, движуща клетки эритроцитов к электродам. Поток суспензии сносит те клетки, дипольный момент которых мал. Клетки с большим значением дипольного момента концентрируютс вблизи электродов . На (фиг. 4) приведена конечна концентраци клеток эритроцитов с разными дипольными моментами вблизи 1-4 пар электродов соответственно с напр жени ми на них 0,5; 2; 4; 6 В, Технический эффект от использовани предлагаемого сггособа состоит в обеспечении селективного концентрировани биообъектов одной субпопул ции по их дипольному моменту и пол ризуемости в циклическом режиме , что позвол ет выделить из суспензии биообъекты (вирусы, бактерии, клетки и т. п.). При длине канала устройства около 10 см и его диаметре 3 мм, а также скорости протекани суспензии мкм/с производительноЪть устройства составл ет около 100 млн/ч. Причем при необходимости устройство может работать и в циклическом режиме. Концентрат биообъектов с определенным дипольным моментом обладает более высокой иммуногенностью, чем смесь биообъектов в суспензии, что позвол ет, например, получать препараты с более высокой биологической активностью. Формула изобретени Способ концентрировани биообъектов в суспензии, включающий пропускание суспензии биообъектов через рабочий объем камеры с последовательно установленными в ней электродами, наложение переменного электрического пол на суспензию и удаление биообъектов на участке их концентрировани , отличающийс тем, что, с целью обеспечени концентрировани биообъектов по их дипольному моменту и пол ризуемости , суспензию биообъектов пропускают через рабочий объем камеры в виде непрерывного потока, а неоднородное электрическое поле формируют в виде сто чей электрической вЪлны с градиентом напр женности разной величины одновременно на разных участках потока.

дгодЕ

сриг.2