SU1836104A3

SU1836104A3 - A way of sterilising the culture medium in containers

Info

Publication number: SU1836104A3
Application number: SU904863567A
Authority: SU
Inventors: Vladimir N Chupis; Ilya Yu Agrinskij
Original assignee: Vladimir N Chupis; Ilya Yu Agrinskij
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1993-08-23

Description

Изобретение относится к способам стерилизации воздействием физических факторов на биологические объекты, в частности, но биополимеры (ДНК, РНК) из которых состоят микроорганизмы и вирусы и может быть использовано для избирательной стерилизации вирулентных микроорганизмов в биологически активных питательных средах, а также в пищевой промышленности и биотехнологиях.The invention relates to sterilization methods by the action of physical factors on biological objects, in particular, but the biopolymers (DNA, RNA) of which microorganisms and viruses consist and can be used for selective sterilization of virulent microorganisms in biologically active nutrient media, as well as in the food industry and biotechnology .

Целью изобретения является снижение энергоемкости процесса и вредного воздействия излучения на среду.The aim of the invention is to reduce the energy intensity of the process and the harmful effects of radiation on the environment.

{Указанная цель достигается тем, что пец облучением определяют спектральную эактеристику среды, контаминированной кроорганизмами, и аналогичной среды, содержащей микроорганизмов, сравниот полученные спектры, выявляют резонсные полосы поглощения излучения кроорганизмами и выбирают частоты из лучения, соответствующие резонансным по- χ лосам поглощения излучения микроорганизмами при минимальном поглощении излучения чистой средой.{This goal is achieved by the fact that finger radiation determines the spectral characteristic of a medium contaminated with microorganisms and a similar medium containing microorganisms, comparing the obtained spectra, reveals resonance absorption bands of radiation by microorganisms and selects the radiation frequencies corresponding to resonance absorption bands of radiation of microorganisms at minimal absorption of radiation by a clean medium.

Для подтверждения положительного эффекта предлагаемого изобретения были проведены простейшие эксперименты по стерилизации микроорганизмов различных видов. С этой целью была разработана специальная волноводная система, позволяющая определить спектры поглощения бактериальных культур при помощи 3-х сантиметровой панорамы Р2-67. В практически замкнутую по СВЧ волноводную систему, подключенную к этому прибору, между излучающим и приемным рупорами на одинаковых диэлектрических подложках (в данном случае, на стекле) помещались образцы выбранных культур и определялась зависимость коэффициента поглощения IRI энергии СВЧ-поля от частоты в диапазонеTo confirm the positive effect of the invention, simple experiments were carried out to sterilize various types of microorganisms. For this purpose, a special waveguide system was developed that allows one to determine the absorption spectra of bacterial cultures using a 3-cm panorama of P2-67. Samples of the selected cultures were placed between the emitting and receiving horns on the same dielectric substrates (in this case, on glass) in a practically closed microwave waveguide system connected to this device and the frequency dependence of the absorption coefficient IRI of the microwave field energy was determined in the range

1836104АЗ от 12 до 20 ГГц. По результатам измерений определялся главный максимум поглощения и центральная резонансная частота. Затем волноводная система с образцами культур подключалась к мощному импульсному СВЧ генератору и на найденных частотах проводилось стерилизующее облучение. Уровень СВЧ-мощности при заданном времени облучения определялся экспериментально (требуемый уровень СВЧ-мощности может быть также определен теоретически на основании предварительных измерений КСВ-коэффициента стоячей волны и коэффициента поглощения СВЧ-поля).1836104AZ from 12 to 20 GHz. Based on the measurement results, the main absorption maximum and central resonance frequency were determined. Then, the waveguide system with culture samples was connected to a powerful pulsed microwave generator and sterilizing irradiation was carried out at the found frequencies. The microwave power level for a given irradiation time was determined experimentally (the required microwave power level can also be determined theoretically based on preliminary measurements of the standing wave SWR coefficient and the microwave absorption coefficient).

В таблице приводятся данные, характеризующие процесс СВЧ стерилизации различных микроорганизмов. Эффективность стерилизации оценивалась по известным биологическим методикам.The table provides data characterizing the process of microwave sterilization of various microorganisms. The effectiveness of sterilization was evaluated by known biological methods.

Характерная особенность предлагаемо; го способа состоит в том, что стерилизирующая доза облучения в 0,8-КВт для E.coli на частоте 16,85 ГГц совершенно безвредна для A.pasteurianum, стерилизующая мощность для которой на собственной резонансной частоте меньше, чем для E.coli (В этих экспериментах образцы культур одновременно помещались между рупорами волноводной системы).A salient feature is offered; This method consists in the fact that the sterilizing radiation dose of 0.8 kW for E. coli at a frequency of 16.85 GHz is completely harmless to A. pasteurianum, the sterilizing power for which is lower at its own resonant frequency than for E. coli (B in these experiments, culture samples were simultaneously placed between the horns of the waveguide system).

Совокупность операций заявляемого способа и частотный диапазон СВЧ электромагнитного излучения обеспечивают избирательную стерилизацию микроорганизмов. Определение спектра поглощения вирусом энергии электромагнитного излучения служит для выбора частот, на которых возможна наиболее эффективная передача энергии излучения биологическому объекту. Облучение питательной биологической среды СВЧ полем (например, импульсным) на выбранной частоте (или частотах), обеспечивает преобразование энергии СВЧ излучения в тепловой нагрев микроорганизма и приводит к его деструкции.The combination of operations of the proposed method and the frequency range of microwave electromagnetic radiation provide selective sterilization of microorganisms. The determination of the absorption spectrum of electromagnetic radiation energy by a virus serves to select the frequencies at which the most efficient transmission of radiation energy to a biological object is possible. Irradiation of a nutrient biological medium with a microwave field (for example, pulsed) at a selected frequency (or frequencies), converts the energy of microwave radiation into thermal heating of the microorganism and leads to its destruction.

Применение предлагаемого метода стерилизации основано на известном явлении избирательного, резонансного поглощения элементами биологических структур энергии электромагнитного поля в СВЧ-диапазоне. В данном случае такими элементами являются аминокислоты, полипептиды и ряд других биополимеров из которых состоят сложные биологические структуры и для которых известен эффект резонансного поглощения энергии СВЧ-поля. Можно указать и более мелкие фрагменты органических молекул из которых сконструированы аминокислоты и полипептиды.The application of the proposed sterilization method is based on the well-known phenomenon of selective, resonant absorption of electromagnetic field energy by the elements of biological structures in the microwave range. In this case, such elements are amino acids, polypeptides and a number of other biopolymers of which complex biological structures are composed and for which the effect of resonant absorption of microwave energy is known. You can specify smaller fragments of organic molecules from which amino acids and polypeptides are constructed.

Для этих объектов расчетным путем, а также экспериментально с высокой точностью определены частоты резонансного поглощения энергии высокочастотного электромагнитного поля. Резонансное поглощение энергии СВЧ поля и преобразование ее во вращательно-колебательную энергию фрагментов молекулы эквивалентно повышению температуры облучаемого объекта. Частота электромагнитного поля, возбуждающего колебания молекулы (или биополимера) зависит от ее размера, пространственной конфигурации и химического состава, т.е., специфична по отношению к структуре биологического объекта. В этом заключается основное отличие предлагаемого способа от известных способов стерилизации таких, как, например, способ стерилизации, основанный на облучении биологической среды жестким ультрафиолетовым излучением. Такое излучение, как и нерезонансное СВЧ электромагнитное, не обладает структурной избирательностью и разрушает химические связи практически во всех органических соединениях.For these objects, the frequencies of the resonant absorption of the energy of the high-frequency electromagnetic field were determined with high accuracy by calculation and experimentally. Resonant absorption of microwave energy and its conversion into rotational-vibrational energy of fragments of a molecule is equivalent to an increase in the temperature of the irradiated object. The frequency of the electromagnetic field that excites the vibration of the molecule (or biopolymer) depends on its size, spatial configuration and chemical composition, i.e., it is specific to the structure of a biological object. This is the main difference between the proposed method and known sterilization methods, such as, for example, a sterilization method based on irradiation of a biological medium with hard ultraviolet radiation. Such radiation, like non-resonant microwave electromagnetic, does not have structural selectivity and destroys chemical bonds in almost all organic compounds.

Возможная область применения предлагаемого способа относится к стерилизации пищевых продуктов, некоторого медицинского и биологического инструмента и разного рода приспособлений, не подлежащих по каким-либо причинам стерилизации традиционными методами. Возможно также применение данного способа для профилактического очищения медицинских и биологических препаратов, биологически активных жидкостей, так, например, предлагаемый способ стерилизации может, в перспективе, найти применение для стерилизации вируса СПИДа в донорской крови и ее фракциях.A possible field of application of the proposed method relates to sterilization of food products, some medical and biological tools and various devices that are not subject to sterilization by traditional methods for any reason. It is also possible to use this method for the prophylactic purification of medical and biological preparations, biologically active liquids, for example, the proposed sterilization method may, in the future, find application for sterilization of the AIDS virus in donated blood and its fractions.

Claims

Claim

A method of sterilizing nutrient media in containers, including treating the media with microwave radiation, characterized in that, in order to reduce the energy intensity of the process and the harmful effects of radiation on the medium, the spectral characteristics of the medium contaminated with microorganisms and a similar medium containing no microorganisms are determined before irradiation, compare the obtained spectra reveal resonance absorption bands of radiation by microorganisms and select the radiation frequencies corresponding to the resonance absorption bands of radiation microorganisms while minimizing absorption of radiation environment clean.

Sterilizable microorganisms Exposure frequency Microwave field parameters Time of the Degradation temperature impulse power pulse duration:, duty cycle GHz Kw sec sec ° C Escherichia coll (K-12) 16.85 0.8 2-U ^'6; 10 ³ 10 45-50 Clostridium sporogenes 16.41 5,0 n *1 120 Clostridium butyrlcum 16.20 5,0 and and 120 Acetobacter pasteurianum 14.8 0.6 * " n 60-80 Streptococcus lastis 15.21 0.2 and 60-80 Bacillus subtills 16.40 10.0 - · - 170