Устройство для облучения клеток биокультуры

Изобретение относится к области биотехнологии, биологии, медицины и биофизики. Устройство содержит панорамный измеритель коэффициента стоячей волны напряжения и ослабления, содержащий генератор и индикатор, рефлектометр, одно плечо которого подключено к генератору, второе к индикатору, сосуд с биокультурой, дополнительно содержит термостат. В качестве генератора выбран генератор электромагнитного излучения, при этом третье плечо соединено с согласованной нагрузкой, а четвертое - с термостатом. Упомянутые соединения выполнены в виде квазиоптических трактов. Оконечная часть тракта четвертого плеча размещена внутри термостата через герметичное отверстие в его стенке. Сосуд с биокультурой размещен внутри термостата в зоне излучения и выполнен из материала, прозрачного для излучения. В качестве биокультуры выбраны прокриатические клетки микроорганизмов, выращенные до логарифмической фазы развития биокультуры. Устройство может содержать контейнер для контрольной биокультуры, размещенный внутри термостата, экранированный от излучения. Оконечная часть тракта четвертого плеча может быть снабжена рупором. В качестве генератора может быть выбран генератор с частотой поглощения и излучения атмосферного кислорода. Сосуд для биокультуры также может быть снабжен крышкой из тефлоновой пленки. Устройство позволяет существенно увеличивать число клеток в развивающейся популяции биокультуры. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области биотехнологии, биологии, медицины и биофизики и может быть использовано в биотехнологических производствах и в научных целях для дистанционного стимулирования скорости роста и изучения биологических характеристик развивающихся клеточных культур прокариотических и эокариотических клеток.

Известно выращивание клеток в термостатах, при этом стимулирование роста осуществляется за счет подбора температур и питательной среды.

Недостатком данного устройства являются ограничения в получении высоких концентраций клеток.

Известна круговая качалка УВМТ-12-250, представляющая собой держатель для колб с культурой, размещенный в термостатируемом объеме, обеспечивающем оптимальную температуру для развития клеток. Колбы подвергаются постоянному встряхиванию, что обеспечивает аэрацию (насыщение среды кислородом) выращиваемой культуры.

При этом число клеток в популяции резко возрастает.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является установка, состоящая из панорамного измерителя коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) и ослабления, в составе генератора качающейся частоты и индикатора, направленного рефлектометра, МСВ ячейки, датчика прошедшей волны, электромагнита, амперметра, источника стабилизированного тока, датчика Холла; измерителя магнитной индукции, пробирки с биокультурой (см. патент на изобретение РФ №2287014, МПК C12N13/00).

Недостатком известного устройства является сложность установки, недостаточная эффективность воздействия магнитных полей на биологическую активность микроорганизмов. Кроме того, устройство не может быть использовано для воздействия на развивающиеся клетки, т.е. клетки, находящиеся в состоянии биологической активности.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке устройства для воздействия на развивающиеся клетки.

Технический результат - существенное увеличение числа клеток в развивающейся популяции.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для облучения клеток биокультуры, включающее панорамный измеритель коэффициента стоячей волны напряжения и ослабления, содержащий генератор и индикатор, рефлектометр, одно плечо которого подключено к генератору, второе к индикатору, сосуд с биокультурой, согласно решению дополнительно содержит термостат, в качестве генератора выбран генератор электромагнитного излучения, при этом третье плечо соединено с согласованной нагрузкой, а четвертое - с термостатом, упомянутые соединения выполнены в виде квазиоптических трактов, оконечная часть тракта четвертого плеча размещена внутри термостата через герметичное отверстие в его стенке, сосуд с биокультурой размещен внутри термостата в зоне излучения и выполнен из материала, прозрачного для излучения, в качестве биокультуры выбраны прокриатические клетки микроорганизмов, выращенные до логарифмической фазы развития биокультуры.

Устройство содержит контейнер для контрольной биокультуры, размещенный внутри термостата, экранированный от излучения.

Оконечная часть тракта четвертого плеча снабжена рупором.

В качестве генератора выбран генератор с частотой поглощения и излучения атмосферного кислорода.

Сосуд для биокультуры снабжен крышкой из тефлоновой пленки.

Решение поясняется чертежами: на фиг.1 приведена блок-схема заявляемого устройства, на фиг.2 - ростовые кривые культур E.Coli К-12, где

1) панорамный измеритель коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) и ослабления;

2) генератор качающейся частоты;

3) индикатор;

4) первый квазиоптический тракт;

5). рефлектометр;

6) второй квазиоптический тракт;

7) третий квазиоптический тракт;

8) четвертый квазиоптический тракт;

9) термостат;

10) сосуд с облучаемой биокультурой;

11) контейнеры с контрольной биокультурой;

12) согласованная нагрузка;

13) датчик прошедшей волны.

Оно состоит из: панорамного измерителя коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) и ослабления 1; в составе - квазиоптического генератора качающейся частоты 2, например квазиоптического программируемого КВЧ-генератора, и индикатора 3 (Я2Р - 67); квазиоптических трактов 4, 6-8; рефлектометра 5; электрического суховоздушного термостата 9 (например, марки ТС-80М-2); сосуда 10, например колбы Эрмлейнера с облучаемой культурой; нагрузки согласованной 12; экранированного контейнера 11 с тремя колбами (облученная, аэрируемая, контрольная культура); датчика прошедшей волны 13.

Работает установка следующим образом. Сигнал с генератора качающейся частоты 2 с помощью квазиоптического тракта 4 подается на направленный рефлектометр 5, где часть падающей высокочастотной мощности ответвляется в квазиоптический тракт 8 и детектируется с помощью датчика прошедшей волны 13. Продетектированный сигнал поступает на вход индикатора 3 по квазиоптическому тракту 6. Основная часть падающей высокочастотной мощности подается на колбу Эрмлейнера с облучаемой культурой 10, находящуюся при стабилизированной температуре, задаваемой в термостате 9. С помощью согласованной нагрузки 12, в квазиоптическом тракте 7, исключалось переотражение прошедшей волны. Сигнал, отраженный от колбы, по тракту 8 через рефлектометр поступает в тракт 6, где детектируется и поступает на вход индикатора 3. Оба продетектированных сигнала в индикаторе 3 сравниваются. В результате обработки на экране электронно-лучевой трубки индикатора 3 отображается информация о величине вносимого ослабления облучаемой средой. Колба 10 выполнена из материала, прозрачного для электромагнитного излучения. Технические параметры термостата обеспечивают поддержание постоянной температуры с разбросом до 0,25°С в диапазоне от+28°С до+55°С. Для исследования нетепловых эффектов, связанных с воздействием электромагнитного излучения и исключения, в связи с этим влияния температурного фактора на данные эксперимента, точность поддержания температуры в рабочей камере термостата была увеличена до 0,05°С. Рабочая камера термостата представляла собой параллелепипед внутренним размером 395x400x500 мм с проводящими стенками. Квазиоптический программируемый генератор обеспечивает облучение объектов исследования на частотах терагерцевого диапазона, в частности на частоте молекулярного спектра поглощения атмосферного кислорода, 129±2 ГГц. Оконечная часть квазиоптического тракта 8 вмонтирована в рабочую камеру термостата с использованием термоизоляционного материала. Для колбы 10 была изготовлена крышка из тефлоновой пленки толщиной 30 мкм (прозрачной для терагерцевых волн), что позволяло осуществить облучение культуры без контакта с атмосферой. Последнее позволило проводить исследования в условиях гипоксии. Используя принцип раздельного выделения и детектирования сигналов падающей и прошедшей волн, можно было проводить контролируемое облучение культуры на различных частотах в рабочем диапазоне установки и измерять параметры поглощения среды с культурой в колбе 10.

Пример конкретного выполнения. Суточную агаровую культуру тест-штамма кишечной палочки E.Coli К-12 смывали физиологическим раствором и 0,1 мл этой взвеси засевали в мясопептонный бульон (МПБ), разлитый по 100 мл в 3 колбы Эрмлейнера объемом 300 мл каждая. Оптическую плотность посевов на спектрофотометре доводили до 0,31. Все три колбы помещали в металлический контейнер 11 внутри термостата. Для обеспечения одинаковых условий развития на протяжении 24 часов температура внутри контейнера и внутри рабочей камеры термостата поддерживалась постоянной и равной 37°С. На 4-м часе развития культуры (логарифмической фазе развития) первую колбу извлекали из контейнера и устанавливали на 30 минут под квазиоптический тракт 8; вторую устанавливали на тридцать минут в термостатированную круговую качалку УВМТ-12-250, температура в которой была предварительно доведена до значения 37°С; третья колба оставалась в контейнере и не подвергалась облучению и аэрации. Через 30 минут колбу, облученную и аэрируемую, возвращали в металлический контейнер 11.

Для построения трех ростовых кривых: облученного, аэрируемого и контрольного образцов, в разные сроки (0, 2, 4, 6, 8, 12, 24 часов) отбирались пробы объемом 5 мл, оптическая плотность которых измерялась на спектрофотометре СФ-26 на длине волны λ=560 нм.

Как видно из представленных данных, до 4 часа развития показатели оптической плотности всех трех проб практически одинаковы и составляют 0.33-0.4 относительных единиц D. После 30-минутного воздействия электромагнитного излучения и аэрации к шестому часу культивирования оптическая плотность облученной и аэрируемой культуры резко возрастают и составляют 2.2 D. В контрольной пробе этот показатель был 0.6 D. В дальнейшем развитие популяций облученной и аэрированной культур происходило с одинаковой интенсивностью. Величина оптической плотности на 8, 12, 24 часах развития составила соответственно 2.9, 3.3, 4.3 и 3, 3.5, 4.5 D. Соответствующие показатели контрольного образца 1.1, 2.1, 2.3 D. Также приведены значения прироста биомассы после 4-го часа развития. Подсчет биомассы осуществлялся нахождением частного значений оптической плотности, для одной из культур, на соответствующем часу контроля (0, 2, 4, 6, 8, 12, 24) к предыдущему. Таким образом, после тридцатиминутного воздействия на 4-часовую популяцию кишечной палочки излучения, на частоте спектра молекулярного поглощения атмосферного кислорода, прирост биомассы составил 6.3 и был в 1.4 раза выше, чем при тридцатиминутной аэрации (для которой показатель составил 4.4). У контрольной культуры этот показатель составил 1.6. Полученные данные подтвердили установленный факт, свидетельствующий о том, что облучение культуры кишечной палочки в логарифмической фазе развития популяции по своему биологическому эффекту аналогично эффекту, наблюдаемому при обогащении среды культивирования кислородом (аэрация).

Таким образом, тридцатиминутное воздействие электромагнитного излучения на частоте молекулярного поглощения атмосферного кислорода на четырехчасовую культуру кишечной палочки E.Coli К-12 приводит к усилению роста и повышению накопления биомассы и сопоставимо по своей выраженности с эффектом тридцатиминутной аэрации. Также установлено, что после воздействия, в ближайшие два часа, скорость прироста биомассы облученной культуры в 1.4 раза превышает таковую аэрируемой. При облучении до наступления лаг фазы эффекта, а также во время стационарной фазы развития популяции стимуляции ее развития не наблюдается.

1. Устройство для облучения клеток биокультуры, включающее панорамный измеритель коэффициента стоячей волны напряжения и ослабления, содержащий генератор и индикатор, рефлектометр, одно плечо которого подключено к генератору, второе к индикатору, сосуд с биокультурой, отличающееся тем, что, оно дополнительно содержит термостат, в качестве генератора выбран генератор электромагнитного излучения, при этом третье плечо соединено с согласованной нагрузкой, а четвертое - с термостатом, упомянутые соединения выполнены в виде квазиоптических трактов, оконечная часть тракта четвертого плеча размещена внутри термостата через герметичное отверстие в его стенке, сосуд с биокультурой размещен внутри термостата в зоне излучения и выполнен из материала, прозрачного для излучения, в качестве биокультуры выбраны прокриатические клетки микроорганизмов, выращенные до логарифмической фазы развития биокультуры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит контейнер для контрольной биокультуры, размещенный внутри термостата, экранированный от излучения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оконечная часть тракта четвертого плеча снабжена рупором.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве генератора выбран генератор с частотой поглощения и излучения атмосферного кислорода.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сосуд для биокультуры снабжен крышкой из тефлоновой пленки.