Климатостат для биотестирования на различных тест-организмах (варианты)

Изобретение относится к устройству для проведения биотестирования токсичности природных, сточных вод, водных растворов и вытяжек из проб с использованием в качестве тест-организмов мелких ракообразных животных, микроводорослей, небольших водных растений, и касается климатостатов. Климатостат содержит теплоизолирующую камеру, холодильный агрегат, нагреватель, источник света, вентилятор и блок управления. В качестве источника света используются по два светодиодных светильника над полками с пробами. Внутренние стенки камеры выполнены из светоотражающего материала, а ее прозрачная дверь со встроенным теплоизолирующим стеклопакетом имеет светоотражающие накладки. Вентиляторы установлены вверху камеры и направлены на ее заднюю стенку, на которой смонтирован испаритель холодильного агрегата, а нагреватели размещены в нижней части камеры. Причем на задней стенке камеры напротив каждой рабочей полки могут быть установлены электрические разъемы для вывода внутренней сети. К ним могут быть подключены устройства экспонирования тест-организмов при биотестировании и культиватор водорослей для выращивания этих культуры. Достигается улучшение эксплуатационных и технических характеристик климатостата, расширение его функциональных возможностей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл., 5 пр.

 

Группа изобретений относится к устройствам, предназначенным для проведения биотестирования токсичности природных, сточных вод, водных растворов и вытяжек из проб с использованием в качестве тест-организмов мелких ракообразных животных (дафнии, цереодафнии и др.), микроводорослей, небольших водных растений (ряска и др.) и других.

Известен термостат АТ-3 (климатостат), предназначенный для поддержания (стабилизации) температуры в рабочем объеме в диапазоне от +20°С до +50°С и освещенности 800 люкс [ООО «Архимед» [Электронный ресурс] Воздушные термостаты серии AT. Курган, режим доступа: https://www.arhimed45.ru/catalogue/device/termostat/termostat_at/ (дата обращения: 20.01.2022)]. Термостат имеет программируемые таймеры контроля заданного интервала времени работы и периода освещения в камере. Поддержание требуемой температуры обеспечивают встроенные в устройство холодильный агрегат, нагреватель и система принудительной циркуляции воздуха в термостате.

Недостатком данного климатостата является малый объем его рабочей камеры - 21 дм³, что не позволяет установить в нем, при проведении биотестирования, достаточное количество емкостей с тест-организмами.

Известна методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. По этой методике для выполнения токсикологического эксперимента с одной пробой на дафниях во всех разведениях и повторностях в климатостате необходимо разместить не менее 18 стаканов объемом 150-200 см³ [Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний ФР. 1.39.2007.03222, Москва: «АКВАРОС». - 2007]. Установить такое количество емкостей в столь малом рабочем объеме вряд ли возможно. Кроме того, для выполнения анализа одновременно нескольких проб необходимо иметь соответствующе количество таких термостатов, что потребует существенно увеличить рабочую площадь помещения и, как следствие, затраты на ее обслуживание.

Наиболее близким техническим решением является климатостат КС-200 [Амедис Инжиниринг [Электронный ресурс] Климатостат (Термолюминостат) КС-200 СПУ. Нижний Новгород, Режим доступа: https://www.amedisin.ru/catalog/klimaticheskie-kamery/klimatostat/klimatostat-termolyuminostat-ks-200/ (дата обращения: 20.01.2022)], содержащий рабочую камеру объемом 200 дм³, холодильный агрегат, нагреватель, вентилятор, источник света и блок управления этими системами. Климатостат обеспечивает поддержание рабочей температуры от +5 до +60°С и фотопериодическое освещение разной интенсивности. Существенно больший рабочий объем этого устройства позволяет одновременно выполнять биотестирования сразу несколько отобранных проб.

Недостатком данного климатостата является неравномерное световое облучение тестируемых проб от источника света - люминесцентных трубчатых ламп, установленных в боковых дверных створках шкафа. В результате такого расположения ламп, емкости с пробами, установленные на полках ближе к двери, будут получать больше света, чем те, что стоят в глубине камеры. Особенно сильно такая неравномерность светового облучения будет сказываться при работе с водорослевыми тест-культурами, рост которых полностью зависит от интенсивности света. В результате этого трудно получить воспроизводимые результаты проводимых токсикологических экспериментов. Предлагаемая в методиках смена персоналом местоположения емкостей внутри шкафа в течение рабочего дня лишь частично компенсирует данный недостаток, увеличивая при этом трудозатраты на выполнение работ по биотестированию.

Техническим результатом является улучшение эксплуатационных и технических характеристик климатостата, а также расширение его функциональных возможностей.

Для достижения указанного технического результата предложен климатостат для биотестирования в первом варианте исполнения, содержащий теплоизолирующую камеру, холодильный агрегат, нагреватель, источник света, вентилятор и блок управления этими элементами, в котором новым является то, что в качестве источника света используют по два светодиодных светильника, установленных над полками с пробами, внутренние стенки камеры выполнены из светоотражающего материала, а ее прозрачная дверь со встроенным теплоизолирующим стеклопакетом имеет светоотражающие накладки, вентиляторы установлены вверху камеры и направлены на ее заднюю стенку, на которой смонтирован испаритель холодильного агрегата, а нагреватели размещены в нижней части камеры.

Для достижения указанного технического результата предложен климатостат для биотестирования во втором варианте исполнения, содержащий теплоизолирующую камеру, холодильный агрегат, нагреватель, источник света, вентилятор и блок управления этими элементами, в котором новым является то, что в качестве источника света используют по два светодиодных светильника, установленных над полками с пробами, внутренние стенки камеры выполнены из светоотражающего материала, а ее прозрачная дверь со встроенным теплоизолирующим стеклопакетом имеет светоотражающие накладки, вентиляторы установлены вверху камеры и направлены на ее заднюю стенку, на которой смонтирован испаритель холодильного агрегата, а нагреватели размещены в нижней части камеры, на задней стенке камеры напротив каждой рабочей полки установлены электрические разъемы для вывода внутренней сети напряжением до 24 В, к которым подключают устройства экспонирования тест-организмов при выполнении биотестирования и культиватор водорослей для выращивания этих культур при температуре, поддерживаемой климатостатом.

Сущность изобретений поясняется чертежами. На фиг.1 показан климатостат для биотестирования в первом варианте исполнения в разрезе, А - главный вид, Б - боковой вид. На фиг.2 показан климатостат для биотестирования во втором варианте исполнения в разрезе, А - главный вид, Б - боковой вид.

Климатостат для биотестирования в первом варианте исполнения (фиг.1) состоит из теплоизолирующей камеры 1 с внутренними светоотражающими стенками, холодильного агрегата 2 с испарителем 3. В камере установлены блок управления 4 с экраном 5 визуализации работы климатостата, два вентилятора 6, нагреватель 7 и светодиодные светильники 8. На прозрачной двери 9, со встроенным теплоизолирующим стеклопакетом 10, имеются светоотражающие накладки 11. На нижних рабочих полка устанавливаются емкости с пробами воды 12 и тест-организмами при выполнении биотестирования. Верхняя полка используется для содержания маточной культуры тест-организма 13.

Климатостат для биотестирования во втором варианте исполнения (фиг.2) содержит теплоизолирующую камеру 1 с внутренними светоотражающими стенками, холодильный агрегат 2 с испарителем 3. В камере установлены блок управления 4 с экраном 5 визуализации работы климатостата, два вентилятора 6, нагреватель 7 и светодиодные светильники 8. На прозрачной двери 9, со встроенным теплоизолирующим стеклопакетом 10, имеются светоотражающие накладки 11. На задней стенке шкафа, напротив каждой полки, установлены электрические разъемы внутренней сети климатостата напряжением до 24 В. К разъемам подключены устройства 14 для экспонирования тест-организмов при биотестировании и культиватор 15 для наращивания культуры водоросли. Верхняя полка используется для содержания маточной культуры используемого тест-организма 13.

Климатостат для биотестирования в первом варианте исполнения работает следующим образом. Внутри камеры 1 климатостата с помощью блока управления 4 поддерживаются необходимые световые и температурные условия для содержания и выращивания тест-культур. Требуемое световое облучение проб обеспечивают светодиодные светильники 8. Их попарное размещение над каждой полкой с пробами и направление световых потоков, вместе со светоотражающими стенками корпуса и светоотражающими накладками 11 на прозрачной двери 9 камеры 1 обеспечивают равномерное световое облучение тест-культур на каждой из рабочих полок камеры. Эти же светоотражающие экраны 11 на двери, установленные напротив каждой пары светильников 8, снижают раздражающее воздействие света камеры на персонал, а оставшиеся просветы в двери позволяют вести визуальный контроль за процессом биотестирования. Необходимая температура в камере поддерживается периодическим включением холодильного агрегата 2 и нагревателя 7 по команде блока управления 4. За счет непрерывной работы вентиляторов 6, снимающих охлажденный воздух с пластины испарителя 3 или теплый воздух с нагревателя 7, обеспечивается выравнивание температуры во всем объеме камеры 1. На ее нижних рабочих полка устанавливаются емкости с пробами воды 12 и тест-организмами при выполнении биотестирования. Верхняя полка используется для содержания маточной культуры тест-организма 13.

Пример 1

С помощью люксметра проведено измерение интенсивности света на рабочих полках работающего климатостата для биотестирования в первом варианте исполнения.

Результаты, представленные в таблице 1, свидетельствуют о хорошей выравненности световых условий в пределах рабочей полки. Разброс не превышает 6-7%.

Пример 2

В центре полок камеры климатостата установлены закрытые емкости с водой. После нескольких часов работы измерена температура воды в емкостях.

Данные, представленные в таблице 2, показывают, что во всем объеме камеры поддерживаемая температура не выходит за пределы ±1°С.

Климатостат для биотестирования во втором варианте исполнения работает следующим образом. Внутри камеры 1 климатостата с помощью блока управления 4 поддерживаются необходимые световые и температурные условия для содержания и выращивания тест-культур. Требуемое световое облучение проб обеспечивают светодиодные светильники 8, размещенные над каждой полкой. Светоотражающие стенки корпуса 1 и накладки 11 на прозрачной двери 9 камеры 1 повышают уровень светового облучение тест-культур на каждой из рабочих полок камеры. Эти же светоотражающие экраны 11 на двери, установленные напротив каждой пары светильников 8, снижают раздражающее воздействие света камеры на персонал, а оставшиеся просветы в двери позволяют вести визуальный контроль за процессом биотестирования. Необходимая температура поддерживается периодическим включением холодильного агрегата 2 и нагревателя 7 по команде блока управления 4. За счет непрерывной работы вентиляторов 6, снимающих охлажденный воздух с пластины испарителя 3 или теплый воздух с нагревателя 7, обеспечивается выравнивание температуры во всем объеме камеры 1.

Установка и подключение к внутренней сети климатостата устройств 14 для биотестирования (УБ) или экспонирования тест-организмов (УЭР) позволяет в значительно большей степени выровнять световое облучение и температуру находящихся в них проб. Кроме того, вращение кассеты с пробами обеспечивает хорошую и равную аэрацию находящихся в них тест-организмов. Компактность этих устройств позволяет размещать их по два на рабочих полках климатостата. В результате этого, в том же объеме камеры можно проводить биотестирование удвоенного количества проб. Верхняя полка используется для содержания маточной культуры используемого тест-организма 13.

При подключении культиватора 15 типа KB в климатостате можно выращивать культуру водоросли при температуре, поддерживаемой климатостатом.

Пример 3

На двух рабочих полках климатостата для биотестирования во втором варианте исполнения установлены по одному устройству экспонирования тест-организмов (УЭР). В каждом из них равномерно размещены по 6 емкостей с 50 см воды. После двух часов работы в емкостях измерена температура воды. Результаты, приведенные в таблице 4, указывают, что диапазон отклонения температуры в емкостях каждого устройства не превышает ±0,2°С. Столь малые отклонения температуры в пробах воды при биотестировании в климатостатах с устройствами экспонирования тест-организмов позволят обеспечить высокую сходимость результатов токсикологического эксперимента.

Пример 4

На двух рабочих полках климатостата для биотестирования во втором варианте исполнения установлены по одному устройству биотестирования (УБ), в качестве тест-организма использована водоросли хлорелла. В каждом из устройств размещены по 8 емкостей с 6 см³ питательной среды. После 45 часов культивирования при 25°С измерена оптическая плотность суспензии выросшей тест-культуры, как показателя численности клеток водоросли. Результаты, приведенные в таблице 4, указывают, что диапазон отклонения оптической плотности водорослевых суспензий в емкостях одного устройства не превышает±3%. При этом сама численность клеток увеличилась в 30 раз. Такие небольшие отклонения оптической плотности проб, обусловленные созданием равных световых и температурных условий для тестируемых проб, свидетельствует о возможности получения высокой сходимости результатов токсикологического эксперимента в климатостате с устройствами экспонирования тест-организмов типа УБ или УЭР.

Пример 5

В климатостат для биотестирования во втором варианте исполнения установлен культиватор водорослей типа КВ. Рабочая температура, поддерживаемая внутри камеры, составляет 24±1°С. В биореактор культиватора вносится 100 см питательной среды и засеваемая культуры водоросли хлорелла с начальной оптической плотностью 0,005. После 48 часов культивирования при температуре 25°С измерена оптическая плотность суспензии выросшей культуры водоросли. Полученные результаты, представленные в таблице 5, демонстрирующие более 100-кратный прирост численности клеток водоросли, указывают на возможность выращивания тест-культуры водоросли в климатостате для биотестирования во втором варианте исполнения в культиваторе типа KB при температуре 25°С.

Таким образом, технические возможности предлагаемых вариантов климатостата для биотестирования обеспечивают точное поддержание температурных и световых условий при выполнении биотестирования токсичности вод на разных тест-организмах.

Представленная конструкция группы изобретений улучшает эксплуатационные и технические характеристики климатостата, а также позволяет расширить его функциональные возможности.

1. Климатостат для биотестирования, содержащий теплоизолирующую камеру, холодильный агрегат, нагреватель, источник света, вентилятор и блок управления этими элементами, отличающийся тем, что в качестве источника света используют по два светодиодных светильника, установленных над полками с пробами, внутренние стенки камеры выполнены из светоотражающего материала, а ее прозрачная дверь со встроенным теплоизолирующим стеклопакетом имеет светоотражающие накладки, вентиляторы установлены вверху камеры и направлены на ее заднюю стенку, на которой смонтирован испаритель холодильного агрегата, а нагреватели размещены в нижней части камеры.

2. Климатостат для биотестирования, содержащий теплоизолирующую камеру, холодильный агрегат, нагреватель, источник света, вентилятор и блок управления этими элементами, отличающийся тем, что в качестве источника света используют по два светодиодных светильника, установленных над полками с пробами, внутренние стенки камеры выполнены из светоотражающего материала, а ее прозрачная дверь со встроенным теплоизолирующим стеклопакетом имеет светоотражающие накладки, вентиляторы установлены вверху камеры и направлены на ее заднюю стенку, на которой смонтирован испаритель холодильного агрегата, а нагреватели размещены в нижней части камеры, на задней стенке камеры напротив каждой рабочей полки установлены электрические разъемы для вывода внутренней сети напряжением до 24 В, к которым подключают устройства экспонирования тест-организмов при выполнении биотестирования и культиватор водорослей для выращивания этих культур при температуре, поддерживаемой климатостатом.