Способ концентрирования биообъектов в суспензии

 

Изобретение относится к средствам и способам концентрирования биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях. Цель изобретения - обеспечение возможности концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости. Способ включает пропускание суспензии биообъектов через рабочий объем камеры с последовательно установленными в ней электродами и подачу на электроды неоднородного электрического поля в виде стоячей электрической волны^с градиентом напряженности разной величины одновременно на разных участках потока. Камера в устройстве выполнена в виде канала, а электроды - в виде колец, подсоединенных параллельно к источнику переменного напряжения через резисторы. Патрубки для слива концентрата биообъектов установлены по длине канала на участках концентрирования биообъектов с определенным дипольным моментом и поляризуемостью. 4 ил.слсИзобретение относится к средствам и cnoco6aivi концентрирования биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях.Известно, что величина дипольного момента и поляризуемость биообъектов коррелируют с их иммуногенностью. По величине дипольного момента биообъекта можно оценить его иммуногенность: чем больше дипольный момент биообъекта, тем больше его иммуногенность.-В связи с этим возни-кает задача, связанная с отделением и концентрированием объектов одной субпопуляции с одинаковыми дипольными моментами и поляризуемостью из суспензии, содержащей смесь объектов с разными дипольными моментами и поляризуемостью, для последующего исследования концентрата.^Известно много способов и средств концентрирования биообъектов по различным параметрам: по весу, плотности, размерам, взаимодействию с химическими вещества-VJГО 00сл о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 27/26 с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4705173/25 (22) 14.06,89 (46) 15. 02.92. Бюл. ¹ 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт молекулярной биологии (72) В. M. Генералов, Т. С. Бакиров и B, M.

Чермашенцев (53) 543.257(088.8) (56) Чиркова Э. Н „Бабаев Ю, Н. Электромагнитная природа иммунитета и клеточной дифференцировки. Препринт 87 — 62, АН

УССР, Институт кибернетики им. В. М.

Глушкова, Киев, 1987, с. 1 — 3.

Остерман Л, А., Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование, M. Наука, 1981, с. 485.

Патент США № 4181589, кл. G 01 N 27/26, 1969.

Патент США ¹ 4578167, кл. G 01 N27/26,,1986. (54) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ БИООБЪЕКТОВ В СУСПЕНЗИИ

Изобретение относится к средствам и способам концентрирования биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях.

Известно, что величина дипольного момента и поля 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 связи с этим возни Ы 1712856 А1 (57) Изобретение относится к средствам и способам концентрирования биообъектов в суспензии и может быть использовано в микробиологии, медицине и научных исследованиях, Цель изобретения — обеспечение возможности концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости. Способ включает пропускание суспензии биообъектов через рабочий объем камеры с последовательно установленными в ней электродами и подачу на электроды неоднородного электрического поля в виде стоячей электрической волны.с градиентом напряженности разной величины одновременно на разных участках потока. Камера в устройстве выполнена в виде канала, а электроды — в виде колец, подсоединенных параллельно к источнику переменного напряжения через резисторы, Патрубки для слива концентрата биообъектов установлены по длине канала на участках концентрирования биообъектов с определенным дипольным моментом и поляризуемостью. 4 ил. кает задача, связанная с отделением и концентрированием объектов одной субпопу ляции с одинаковыми дипольными моментами и поляризуемостью из суспензии, содержащей смесь объектов с разными дипольными моментами и поляризуемостью, для последующего исследования концентрата.

Известно много способов и средств концентрирования биообъектов по различным параметрам: по весу, плотности, размерам, взаимодействию с химическими вещества1712856 ми и др. Наиболее близкими техническими решениями являются способы и устройства для концентрирования биообъектов по величине электрического заряда.

Известен способ разделения и концентрирования клеток животных, включающий введение в сепараторную камеру культуры клеток животных и среды для суспендироваЙия этих клеток. Среда представляет собой водную полимерную систему, одна из фаз кото рой обладает электрофоретической мдбильностью в электростатическом поле. В камере между электродами формируют электростатическое поле и удаляют концентрат клеток у одного из электродов.

Недостатком способа является невозможность селективного концентрирования клеток и других биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ слияния живых клеток. Способ. включает заполнение суспензией клеток рабочего объема с последовательно установленными в нем электродами и подачу на электроды пеоеменного 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 возможности концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости.

Указанная цель достигается тем, что через рабочий объем камеры с последователь, но установленными в нем электродами пропускают суспензию биообъектов, нап ри.мер, микроорганизмов, вирусов или клеток культур. На суспенэию накладывают переменный электрический ток для создания в суспензии в промежутках между электродами неоднородного электрического поля.

Биообъекты удаляют на участке их концентрирования. Причем суспензию биообъектов пропускают через рабочий объем в виде непрерывного потока, а неоднородное электрическое поле формируют в виде стоячей электрической волны с градиентом напряженности электрического поля разной величины одновременно на разных участках потока. Величину градиента напряженности электрического поля устанавливают, исходя из условия обеспечения равенства, силы действующей на биообъект со стороны электрического поля, и силы сопротивления движению биообъекта со стороны суспензии

P . grad (Е)-6 ж y r чр, 5 где P — дипольный момент биообъекта;

grad (Е)- градиент напряженности электрического поля; д — вязкость суспенэии;

10 r — радиус биообъекта; чр- скорость потока суспензии относительно стационарного неоднородного электрического поля;

На фиг, 1 изображена схема устройства

15 для реализации способа концентрирования биообъектов в суспензии; на фиг. 2- распределение градиента Е электрического поля по длине канала; на фиг. 3 — схема экспериментальной модели устройства для провер20 ки возможности реализации способа концентрирования биообъектов и работоспособности устройства; на фиг. 4 — фотографии процесса концентрирования эритроцитов в экспериментальной модели

25 устройства.

Устройство для реализации способа концентрирования биообъектов в суспензии состоит(фиг. 1) из камеры, выполненной в виде канала 1, имеющего с одного конца

30 емкость 2 для подачи суспензии биообъекта, а с другого — задвижку 3 и емкость 4 для слива остатка суспензии. По длине канала 1 установлены последовательно электроды 5, выполненные в виде колец, и патрубки 6 с

35 кранами для слива концентрата биообъектов с разными дипольными моментами. Патрубки 6 расположены в канале 1 на участках

7-9 концентрирования биообъектов. Кроме того, в канале 1 между патрубками 6 имеют40 ся задвижки 10 для перекрытия сечения канала 1 при сливе концентратов биообъектов. Электроды 5 подсоединены параллельно к источнику 11 переменного напряжения через резисторы 12 в виде электрических

45 цепей 13 (с разным сопротивлением) для формирования вдоль канала 1 стоячей волны, с последовательно нарастающей амплитудой градиента напряженности электрического поля (фиг. 2).

50 Способ концентрирования биообъектов в суспенэии осуществляется с помощью устройства следующим образом.

При непрерывном способе концентрирования биообъектов суспензию биообъек55 тов (макромолекулы, вирусы, бактерии, клетки) подают в емкость 2, из которой суспензия поступает в канал 1 и перетекает в емкость 4 при открытых задвижках 3 и 10 и кранах на патрубках 6. На электроды 5 под1712856 ают переменное напряжение от источника слива концентра а б . Д

11. П н ата в про ирки. Далее заоскольку электрические цепи 13 имеют движки 3 и 10 откры ткрывают и закрывают краны разное сопротивление, как показано на фиг. на патрубках 6 цикл к

1 томе о, то между соседними электродами 5 в ка- - вторяется. Для повышения степени селекнале 1 возникают градиенты напряженно- 5 тивного концентрирования биообъектов по сти электрического поля с пучностями и дипольному мо му моменту каждая полученная узлами (фиг. 2), т. е. формируют стоячие фракция биообъектов с определенным диэлектрические волны с градиентом напря- польным моментом м б женности разной величины одновременно несколько раз через канал 1 устройства. на разных участках потока суспензии. При 10 Пример, Д протекании потока суспензии в области сто- устройства и. возможности реализации сповлена упрощенная модель устячей волны с малой амплитудой градиента соба изготовлена и напряженности электрического поля био- ройства для конце для концентрирования биообъекты, имеющие большой дипольный мо- объектов в суспензии(фиг. 3). M мент, б т то уду рмозиться, если для них 15 жит корпус 14, в котором выполнены канал льно установленными элеквыполнено условие равенства силы, дейст- 15споследовательно стан яние между электродами вующей со стороны электрического поля, и тродами 15. Расстояние межд силы сопротивления, действующей со сто- =0,3 мм. На элект о ы 16 и роны жидкости — а электроды подается переменное напряжение через резисторы 17 с

Р grad Š— 6 л r v

20 разной величиной сопротивления от источ()= y ч . ника 18 переменного напряжения. Через канал 15 пропускают суспензию эритроцитов

Значение разности потенциалов (U) 19 со скоростью 1 мкм/с, Модель устройстся выб между соседними электродами определяет- ва обеспечивает кон ент ся вы ранной величиной градиента напря- 25 эритроцитов с дипольным моментом, больленного заданного значения. женности электрического поля соотно- шим определенного з

Суспензия эритроцитов с исходной концентрацией 1 млн клеток на 1 мл протекает

U-2 rad (Е) ( — g (), . через канал 1. На электроды подается перег г е1 — а

ЗО менное напряжение с частотой 82 кГц. Напервую пару электродов где L — расстояние между соседними элект- пряжение U на первую и подается 0,5 В, на вторую — 2 В, на третью

Таким образом, биообъекты с большим -4 В, на четвертую — 6 В (на фиг. 3 четвертая дипольным моментом будут концентриро- пара электродов не показана). В промежутваться в области стоячей волны с малым 35 ках между электродами устанавливается градиентом напряженности электрического неоднородное электрическое поле со средполя, т. е. на участке 7 канала 1. Биообъекты ним значением градиента напряженности со средним значением дипольного момента электрического поля будут по той же причине концентрироваться в области стоячей волны со средним значе- 40 grad (E)=U/(2 1 ) нием градиента напряженности электрического поля на участке 8 канала 1, а где U — разность напряжений на соседних биообъекты с малым дипольным моментом - электродах; будут концентрироваться в области волны с L — расстояние между соседними элекбольшим значением градиента напряжен- 45 тродами. ности электрического поля т. р оля, т. е. на участке Под действием электрического поля в

9 канала 1. Концентрат биообъектов непре- эритроцитах индуцируется дипольный морывно сливается на участках 7 — 9 через пат- мент, который взаимо е ст — в имодеиствует с градиенру ки, а остаток суспензии поступает в, том электрического поля. П емкость 4, I к го поля. ри этом

50 возникает сила, движущая клетки эрйтроциСпособ может быть еали реализован и при тов к электродам. Поток суспензии сносит циклической работе устройства. В этом сАу- те клетки, дипольный момент которых мал. чаеселективноеконцентрированиебиообь- Клетки с большим значением дипольного ектов, произво ится и и р д с при открытых момента концентрируются вблизи электрозадвижках 3 и 10 и закрытых кранах на пат- 55 дов. На (фиг, 4) приведена конечная конценакопления концентрата трация клеток эритроцитов с разными биообъектов на участках 7 — 9 канала 1 и пат- дипольными моментами вблизи 1 — 4 па рубках 6 за вижки 3 и 10 .д 0 перекрывают ка- электродов соответственно с напряженияи и — пар нал 1 и краны на патрубках 6 открывают для ми на них 0,5; 2; 4; 6 В, 1712856

Технический эффект от использования предлагаемого способа состоит в обеспечении селектцвного концентрирования биообьектов одной субпопуляции по их дипольному моменту и поля ризуемости в циклическом режиме, что позволяет выделить из суспензии биообъекты (вирусы, бактерии, клетки и т. и.).

При длине канала устройства около 10 см и

его диаметре 3 мм, а также скорости протекания суспензии v=10 мкм/с производительность устройства составляет 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 позволяет, например, получать препараты с более высокой биологической активностью.

Формула изобретения

Способ концентрирования биообъектов в суспензии, включающий пропускание сус5 пензии биообъектов через рабочий объем камеры с последовательно установленными в ней электродами, наложение переменного электрического поля на суспензию и удаление биообъектов на участке их концентриро10 вания,отличающийся тем,что,сцелью обеспечения концентрирования биообъектов по их дипольному моменту и поляризуемости, суспензию биообъектов пропускают через рабочий объем камеры в виде непре15 рывного потока, а неоднороднре электрическое поле формируют в виде стоячей электрической волны с градиентом напряженности разной величины одновременно на разных участках потока.

1712856