Способ концентрирования биообъектов в суспензии

 

Изобретение относится к способам концентрирования биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях. Цельюизобретения является обеспечение селективного концентрирования биообъектов по их диполь ному моменту и поляризуемости в циклическом режиме работы. Способ включает заполнение суспензией биообъектов рабочего объема камеры с последовательно установленными в ней злектродами и подачу на злектроды переменного злектрического тока для создания в промежутках между злектродам14 неоднородного злектрич1рскогб поля в виде бегущей злектрической волны с изменяемыми фазовой скоростью и градиентом напряженности в каждом цикле концентрирования биообъектов. Камера в устройстве выполнена в виде канала, а злектроды - в виде колец, подсоединенных к источнику переменного напряжения через коммутатор и резисторы. 2 ил.^^

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Ю 00 (я)з G 01 N 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) .4705161/25 (22) 14.06.89 (46) 15,02 92. Бюл. М 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт молекулярной биологии (72) В. М. Генералов, T. C; Бакиров и В. M.

4ермашенцев (53) 543;257(988.8) (56) Патент США N. 4181589, кл. 6 01 и 27/26, 1980.

Патент США М 4578167, кл. G 01 И 27/26, 1986. (54) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ БИООБЪЕКТОВ В СУСПЕНЗИИ (57) Изобретение относится к способам концентрирования биообьвктов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях. Целью

Изобретение относится к средствам и способам концентрирования биообьектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных иссле I дованиях.

Известно, что величина дипольного момента и поляризуемость биообъектов коррелируют с их иммуногенностью, По величине дипольного момента биообьекта можно оценить его иммуногенность: чем больше дипольный момент биообьекта, тем больше его иммуногенность. В связи с этим возникает задача, связанная с отделением и концентрированием обьектов одной субпопуляции с одинаковыми дипольнымй моментами и поляризуемостью из суспензии, содержащей смесь обьектов с разными дипольными моментами и поляризуемостью; для последующего исследования концентрата. изобретения является обеспечение селективного концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости в циклическом режиме работы. Способ включает заполнение суспензией биообъектов рабочего объема камеры с последовательно установленными в ней электродами и подачу на электроды переменного электрического тока для создания в промежутках между электродами. неоднородного электрического поля в виде бегущей электрической волны с изменяемыми фазовой скоростью и градиентом напряженности в каждом цикле концентрирования биообьектов. Камера в устройстве выполнена в виде канала, а электроды — в виде колец,. подсоединенных к источнику переменного напряжения через коммутатор и резисторы. 2 ил.

Известны способы и средства концентрирования биообъектов по различным параметрам: по весу, плотности, размерам, взаимодействию с химическими веществами и др. Наиболее близкими техническими решениями являются способы и устройства . для концентрирования биообъектов по ве-. личине электрического заряда.

Известен способ разделения и концен- . трирования клеток животных, включающий введение в сепараторную камеру культуры клеток животных и среды для суспендирова ния этих клеток. Среда представляет собой водную полимерную систему. одна из фаз которой обладает электрофоретической мобильностью в электростатическом поле, В камере между электродами формируют . электростатическое поле и удаляют концентрат клеток у одного из электродов.

ЗО

40

Pgrad Е= 6 л q г мр, 50

Рgrad E= блqr v, Недостатком способа является невозможность селективного концентрирования клеток и других биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ слияния живых клеток. Спо соб включает заполнение суспенэией клеток рабочего объема с последовательно установленными в нем электродами и подачу на электроды переменного тока для создания в промежутках между электродами неоднородного электрического поля и удаление клеток на участке их концентрирования.

Недостатком способа-прототипа является невозможность селективного концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости.

Цель изобретения - обеспечение селективного концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости в циклическом режиме для получения малых количеств концентрата, Цель достигаетоя тем, что рабочий объем камеры с последовательно установленн; чи в нем электродами заполняют суспензией биообъектов, например, микроорганизмов, вирусов или клеток куль-,ур. На суспензию накладывают переменный электрический ток. Биообъекты удаляют на участке их концентрирования. Циклически формируют неоднородное электрическое поле в виде бегущей волны с изменяемыми фазовой скоростью и градиентом напряженности в каждом цикле концентрирования объектов, причем величину градиента напряженности электрического поля и фазовую скорость распространения волны выбирают из соотношения где Р— дипольный момент биообъекта;

grad E — градиент напряженности электрического поля; д — вязкость суспензии;

r — радиус биообъекта;

v — фазовая скорость распространения электрической волны относительно суспензии биообъекта.

На фиг. l изображена схема устройства для реализации способа концентрирования биообъектов в суспензии; на фиг. 2 — распределение градиента Е электрического поля по длине канала в разные моменты времени t1, tz,...,Ь.

Устройство для реализации способа концентрирования биообъектов в суспензии состоит из камеры, выполненной в виде канала 1, имеющего с одной стороны воронку 2 для подачи.суспензии биообъекта, а с другой — емкость 3 для приема концентрата биообъектов с задвижкой 4 и патрубком с краном 5 для, слива этого концентрата. По длине канала 1 установлены последовательно электроды 6, выполненные в виде колец.

Кроме того, устройство снабжено коммутатором 7 с подвижными 8 и неподвижными контактами 9. Подвижные «онтвкты 8 установлены на диске 10, имеющем привод вращения. Электроды 6 соединены через контакты 8 и 9 коммутатора 7 и резисторы

11 с источником переменного напряжения и представляют собой электрические цепи

12-29 с разным сопротивлением (фиг. 1) для формирования вдоль канала 1 бегущей волны градиента напряженности электрического поля с постоянной амплитудой(фиг. 2), Способ концентрирования биообъектов в суспензии осуществляется с помощью устройства следующим образом.

Суспензию биообъектов (макромолекулы, вирусы, бактерии, клетки) с исходной концентрацией подают через воронку 2 s канал 1 при открытой задвижке 4 и закрытом кране 5. На устройство подают переменное напряжение и включают привод вращения диска 10 коммутатора 7 с частотой 0 01-0,001 Гц. Коммутатор 7 последовательно переключает подвижные контакты 8 относительно неподвижных контактов 9, вследствие чего периодически изменяется сопротивление в цепях 12-29, а следовательно, напряжение UQ на электродах 6 в этих электрических цепях. Последовательность изменения напряжения на электродах

6 видна из фиг. 1. Между электродами 6 возникает градиент. напряженности электрического поля с тремя пучностями и узла-. ми, которые смещаются по длине канала в моменты времени t1, tz,... tn. т. е. возникает бегущая электрическая волна с изменяемыми фазовой скоростью и градиентом напряженности электрического поля (grad Е) Время переключения контактов коммутатора 7 определяет скорость бегущей волны, а амплитуда переменного напряжения определяет градиент напряженности электрического поля. Эти параметры выбирают, исходя из равенства

Причем скорость чр распространения бегущей волны определяет время t переключения коммутатора 7

1=в чр

1712855 где L — расстояние между соседними электродами 6.

Бегущая электрическая волна воздействует на живые биообъекты (вирусы, клетки), обладающие определенным дипольным мо- 5 ментом, для которых выполняется условие равенства силы, действующей со стороны электрического поля, и силы вязкого трения со стороны жидкости (суспензии) при движении биообъекта со скоростью v :Ð grad 10

Е- 6 _#_3f г ч, и увлекает эти биообъекты в сторону емкости 3. Пкосле окончания процесса селективного концентрирования биообъектов с определенным дипольным моментом и поляризуемостью канзл 1 пере- 15 крывают задвижкой 4 и концентрат биообьектов сливают после открытия крана 5.

Далее.из канала 1 остаток суспензии удаляют, подают новую порцию суспензии и цикл повторяют. 20

При необходимости выделения биообьектов с другими дипольными моментами из остатка суспензии изменяют следующие параметры: напряжение Up или фаэовую скорость vr распространения электрической 25 волны относительно суспенэии биообъектов путем изменения скорости вращения диска 10 коммутатора 7.

Реализуемость способа проверена при выделении и концентрировании клеток 30

"Чего" из суспензии. Суспензия включает смесь следующих компонентов: клетки

"Чего", сыворотрчные белки, аминокислоты, глюкоза и витамины, а также другие компоненты, имеющие разные дипольные момен- 35 ты. Например, известно, что дипольные моменты макромолекул имеют величину 10З

Дебай, бактерии f0 -10 Дебай, à по экспе-. риментальным данным клетки "Чего" имеют дипольныемоменты10 -10 Дебай, Вэкс- 40 периментальной модели градиент напряженности электрического поля мелинду электродами составляет 10 В/м . Скорость v„

8 2 перемещения отдельных клеток "Чего" при концентрировании составляет 1-5 мкм/с. 45

При проведении экспериментов удалось сконцентрировать и выделить клетки "Чего" с дипольными мо1ментами отдельной клетки порядке 0-,4 10 Дебэя э00» и пояяриэу-. емостью 0,16 10 мз из суспензии, имеющей биообъекты с разными дипольными моментами и поляризуемостью.

Технический эффект от использования предлагаемого способа состоит в обеспечении селективного концентрйрования биообъектов одной субпопуляции по их дипольному моменту и поляриэуемости в циклическом режиме, что позволяет выделить из суспензии биообъекты (вирусы, бактерии, клетки) с определенной иммуногенностью для получения, например. препаратов свысокой биологической активностью,,Циклический режим концентрирования биообьектов позволяет работать с малым количеством дорогостоящей суспензии биообьектов, Формула изобретения

Способ концентрирования биообьектов

s суспензии, включающий наложение переменного электрического поля на суспензию, о т л и ч з ю шийся тем, что, с целью обеспечения селективного концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости, циклически формируют неоднородное электрическое полЕ в виде бегущей волны с изменяемыми фазовой скоростью и градиентом напряженности в каждом цикле концентрирования объектов, причем величину градиента напряженности

grad Е и фазовую скорость vy распространения волны выбирают из соотношения

P grad Е= 6 zrq r ч . где P — дипольный момент биообъекта;

grad Š— градиент. напряженности электрического поля; д — вязкость суспензии;

r — радиус биообъекта; ч — фаэовая скорость расп ространения электрической волны относительно суспензии биообъекта.

1712855 Цо

Составитель В.Генералов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Патей

Редактор И.Касарда

Заказ 532 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101