Система з високим імпедансом для генерування електричних полів і спосіб її використання

1. Система з високим імпедансом для генерування електричного поля, яка містить: пару електродів, що містять діелектричний матеріал, в якій кожний електрод має щонайменше одну поверхню, покриту електропровідним матеріалом, і в якій діелектричний матеріал утворює бар'єр, що відділяє провідне покриття від оброблюваного середовища при його обробці; канал або простір для середовища, сформований між парою електродів так, що електропровідний матеріал знаходиться на тій поверхні електрода, яка не контактує з оброблюваним середовищем в каналі чи просторі; джерело змінної у часі, незмінної у часі або імпульсної напруги, що з'єднане з електродами; і корпус, що містить цю пару електродів, при цьому корпус виконаний з можливістю утримувати оброблюване статичне або динамічне середовище в каналі або просторі. 2. Система за п. 1, в якій діелектричний матеріал має в сукупності статичну діелектричну проник-1 ність більше 8,8е-11 Фм при 1,0 кГц, об'ємний питомий опір більше 1,0 Е+04 Ом/см, і максимально допустиму напруженість електричного поля більше 1,0 кВ/мм. 2 (19) 1 3 канал або простір для середовища, що сформований між парою електродів так, що електропровідний матеріал знаходиться на тій поверхні електрода, яка не контактує з оброблюваним середовищем в каналі чи просторі; джерело змінної у часі, не змінної у часі або імпульсної напруги, що з'єднане з електродами, в якому діелектричний матеріал розташований паралельно або коаксіально, утворюючи послідовний ємнісний ланцюжок з оброблюваним або тестованим середовищем, яке концентрує або інтенсифікує електричне поле, що подається в згадане середовище, і корпус, що містить пару електродів і виконаний з можливістю утримувати статичне або динамічне середовище в згаданому каналі або просторі. 14. Система за п. 13, в якій діелектричний бар'єрний матеріал ізолює середовище від електропровідного покриття, по суті перешкоджаючи протіканню фарадеївського струму і електрохімічним реакціям на інтерфейсі середовище/електрод. 15. Система за п. 13, в якій діелектричний бар'єрний матеріал додатково ізолює середовище від електропровідного покриття, по суті перешкоджаючи виникненню електронного і іонного струму провідності і омічного нагрівання системи. 16. Система за п. 13, яка додатково містить пристрій для подачі імпульсної акустичної енергії в середовище, оброблюване або тестоване електричним полем, при цьому акустична енергія подається, співпадаючи у часі або в просторі і/або чергуючись у часі або просторі, і/або послідовно у часі або просторі відносно подачі електричного поля. 17. Система за п. 13, яка додатково містить електроакустичний або механоакустичний перетворювач, що виконаний з можливістю подавання акустичної енергії в оброблюване середовище. 18. Система за п. 13, в якій електроди виконані з п'єзоелектричного матеріалу, що виконаний з можливістю подавання акустичної енергії в оброблюване середовище. 19. Спосіб обробки середовища електричним полем, при якому: формують канал або простір для середовища між парою електродів, причому ці електроди містять діелектричний матеріал і кожний електрод має щонайменше одну поверхню, покриту електропровідним матеріалом, при цьому діелектричний матеріал утворює бар'єр, що відділяє провідне покриття від оброблюваного або тестованого середовища, і провідний матеріал, що знаходиться на поверхні електрода, не вступає в контакт з оброблюваним середовищем в каналі або просторі; поміщують електроди в корпус так, щоб утримати оброблюване середовище в статичному або динамічному стані в каналі або просторі, підключають джерело незмінної у часі, змінної у часі або імпульсної напруги до кожної поверхні електрода, що покрита провідним матеріалом, тим самим утворюючи електричне поле, що проходить крізь середовище, що знаходиться в каналі або просторі, і 95262 4 вводять середовище в канал або простір так, що середовище піддається впливу електричного поля і, тим самим, обробляється або тестується. 20. Спосіб за п. 19, який додатково включає крок, при якому вибирають діелектричний матеріал, що -1 має діелектричну проникність більше 8,8е-11 Фм при 1,0 кГц, об'ємний питомий опір більше 1,0 Е+04 Ом/см, і максимально допустиму напруженість електричного поля більше 1,0 кВ/мм, тим самим електрично ізолюючи оброблюване середовище і по суті запобігаючи виникненню фарадеївського струму, струму провідності і електрохімічних реакцій на інтерфейсі середовище/електрод, а також омічне нагрівання оброблюваного або тестованого матеріалу. 21. Спосіб за п. 19, який додатково включає два діелектричних електроди, що утворюють канал або простір для середовища між двома паралельними подовженими електродами, в якому електроди мають квадратний або прямокутний переріз і де паралельна геометрія електродів утворює ємнісний ланцюжок з оброблюваним середовищем, тим самим концентруючи або посилюючи електричне поле, що проходить крізь оброблюване середовище. 22. Спосіб за п. 19, який додатково включає два діелектричних електроди, що утворюють канал або простір для середовища між двома трубчастими розташованими коаксіально електродами, причому коаксіальна геометрія електродів утворює ємнісний ланцюжок з оброблюваним середовищем, тим самим концентруючи або посилюючи електричне поле, що проходить крізь оброблюване середовище. 23. Спосіб за п. 19, в якому оброблюване або тестоване середовище знаходиться в рідкій, газовій або твердій фазі. 24. Спосіб за п. 19, який додатково включає крок, при якому подають в оброблюване або тестоване середовище акустичну енергію одночасно, чергуючись між імпульсами і/або після подачі електричного поля. 25. Високоімпедансний спосіб експонування оброблюваного середовища електричним полем, при якому: формують канал або простір між парою електродів, в якій електроди містять діелектричний матеріал і в якій кожний електрод має щонайменше одну поверхню, що покрита електропровідним матеріалом, і в якій діелектричний матеріал утворює бар'єр, що відділяє провідне покриття від оброблюваного або тестованого середовища, при цьому провідний матеріал, поміщений на поверхню електрода, не контактує з середовищем в каналі або просторі; поміщують електроди в корпус так, щоб утримувати оброблюване середовище в статичному або динамічному стані в каналі або просторі, підключають джерело незмінної у часі, змінної у часі або імпульсної напруги до електродів, при якій діелектричний матеріал розташований в паралельній або коаксіальній геометрії, утворюючи послідовний ємнісний ланцюжок з оброблюваним або тестованим середовищем, що концентрує або ін 5 95262 6 тенсифікує електричне поле, що подається в середовище, і вводять середовище в канал або простір так, що середовище експонується електричним полем. 26. Спосіб за п. 25, який додатково включає діелектричний матеріал, що ізолює середовище від електропровідного покриття, тим самим по суті запобігаючи виникненню фарадеївського струму, струму провідності і електрохімічні реакції на інтерфейсах середовище/електрод. 27. Спосіб за п. 25, в якому діелектричний матеріал є керамікою з високою діелектричною проникністю, композитом з твердих частинок і епоксидної смоли або іншим відповідним матеріалом. 28. Спосіб за п. 25, який додатково включає крок, при якому в середовище подають акустичну енергію, при цьому акустичну енергію подають одночасно, почергово і/або послідовно відносно подачі електричного поля. Варіанти даного винаходу стосуються системи для застосування змінної у часі, не змінної у часі або імпульсної напруги до послідовного ємнісного ланцюжка для створення або генерування іншим чином однорідних або неоднорідних електричних полів, які, в свою чергу, використовуються для різних цілей. Більш конкретно, у варіантах застосовуються діелектричні матеріали з конкретними електричними властивостями, що розміщені або іншим чином сконфігуровані для формування послідовних ємнісних ланцюжків, які ділять або іншим чином розподіляють прикладений потенціал між протилежними електродами, що приводить до концентрації електричного матеріалу в матеріаліоб'єкті (або до іншого проходження електричного поля крізь нього). Статичні, змінні у часі і імпульсні електричні поля, разом з компонентом магнітного поля або без нього, що вважаються слабкими або інтенсивними для конкретної задачі, використовуються в різних галузях промисловості для вирішення широкого кола задач. У деяких існуючих задачах і там, де за допомогою варіантів даного винаходу використовуються змінні у часі прикладені напруги, носії заряду можуть рухатися відносно лабораторної системи координат (lab frame), тому електричне поле супроводжує компонент магнітного Вполя, однак у варіантах даного винаходу релевантним є тільки електричне поле. До прикладів використання електричного поля належать, крім іншого: - електрофорез: і гелевий, і капілярний використовують електричний струм через середовище зависі, який є резистивним навантаженням, що утворює електричне поле, яке використовується для сепарації, диференціації і фракціонування ДНК, протеїнів і інших молекул; - електропорація (також відома як електрошокова стимуляція мембранної проникності): інтенсивні електричні поля, часто імпульсні з різною формою хвилі і частотою імпульсів, використовуються для діелектричного руйнування мембран живих клітин, і таким чином впливають на оборотну і необоротну порацію і/або стимулювання проникності для цілей трансфекції, пастеризації або стерилізації, і - фракціонування в потоці при наявності електричного поля (FFF, також відоме як EFFF, -EFF, CyEFF та інші): використовує електричне поле, що є ортогональним до потоку текучого середовища для сепарації, фракціонування і диференціації великих молекул і/або дрібних частинок від рідиниоб'єкта. По суті, процес або ефект, який приводиться в дію, підтримується або полегшується дією електричного поля, можна прискорити або поліпшити іншим чином або збільшивши інтенсивність поля для даної прикладеної напруги, або, навпаки, зменшивши прикладену напругу для даної інтенсивності поля. Це викликано співвідношенням між такими властивостями матеріалу, як діелектрична проникність, об'ємний питомий опір і максимальна допустима напруга поля, і впливом, який здійснюють ці параметри на діакритичні елементи ланцюга, до яких належать інтенсивність поля, пробій діелектрика, геометрія поля, струм і споживання енергії. Задачі, що вирішуються за рахунок впливу або безпосереднього впливу електричного поля, обмежені небажаними ефектами омічного нагрівання, електрохімічними ефектами (фарадеївське перенесення заряду), екранування поля формуванням подвійного шару електроліту, електричної поляризації і споживання енергії. Електричний струм є обмежуючим чинником для інтенсивності прикладеного поля в електрофорезі, електропорації і при фракціонуванні в потоці в присутності поля, що пояснюється омічним нагріванням робочого середовища (звичайно для таких задач використовується рідина або гель) і небажаною електрохімією на інтерфейсі (інтерфейсах) між середовищем і електродом (фарадеївське перенесення заряду). Наприклад, в останні два десятиріччя багато зусиль було затрачено для застосування процесу клінічної електропорації (що головним чином застосовується для трансфекції живих біологічних клітин) для комерційної ізотермічної пастеризації (широко відома як PEF - Pulsed Electric Field non-thermal pasteurization). Оборотна електропорація є не летальною і виконується шляхом ретельного керування інтенсивністю прикладеного поля і часом експозиції, тоді як необоротна електропорація спричиняє загибель клітини, інактивацію метаболізму або апоптоз. Оскільки системи PEF, в яких оголені провідні електроди сполучені з оброблюваним текучим середовищем, внаслідок своєї природи мають низький імпеданс, для зменшення середньої енергії, омічного нагрівання і небажаної електрохімії на інтерфейсі середовище/електрод, застосовувалися імпульси напруги. Те ж справедливо і для способів і при 7 строїв, що застосовуються для електрофорезу і фракціонування в потоці в присутності електричного поля (EFFF). Хоча збільшення інтенсивності поля підвищує ефективність і/або швидкість процесу, підвищення прикладеної напруги як засобу для збільшення інтенсивності поля приводить до виникнення надмірного електричного струму і до супутнього омічного нагрівання, небажаних електрохімічних реакцій та інших небажаних реакцій, що згадані вище. У випадку EFFF, нещодавно були зроблені спроби зменшити висоту каналу для текучого середовища з використанням технологій мікрообробки і мікроелектроніки, тим самим ефективно зменшуючи розміри поля між електродами і, отже, збільшуючи інтенсивність поля і, одночасно, зменшуючи потік електричного струму. Оскільки збільшення інтенсивності електричного поля також вимагає збільшення прикладеної напруги і/або зменшення відстані між електродами, пробій діелектрика робочого середовища, є воно газом, рідиною або твердим тілом, є додатковим обмежуючим чинником для усіх задач. Хоча покриття або з'єднання звичайних діелектричних матеріалів між традиційними електродами, що проводять електрику, і оброблюваним середовищем дозволяє прикладати підвищену напругу, що приводить до збільшення інтенсивності електричного поля, цей ефект нівелюється значно більшим падінням напруги на використовуваних діелектричних матеріалах, що приводить до зменшення інтенсивність електричного поля в оброблюваному середовищі. Це виникає через спосіб, яким падіння напруги і, отже, електричне поле, ділиться або розподіляється в послідовних ємнісних ланцюжках. Розробка системи для генерування електричного поля, яка б істотно зменшила або повністю усунула небажані ефекти попередніх систем і способів, дала б суттєві переваги. Короткий опис винаходу Відповідно, один з варіантів даного винаходу включає систему з високим імпедансом для генерування електричного поля, яка містить: пару електродів, що містять діелектричний матеріал, в якій кожний електрод має щонайменше одну поверхню, що покрита провідним матеріалом; і в якій такий діелектричний матеріал утворює бар'єр, що розділяє провідне покриття і оброблюване середовище; при цьому між парою електродів сформований канал або простір для середовища так, що провідний матеріал знаходиться на поверхні електрода, і не має контакту з середовищем в каналі або просторі; з електродами з'єднане джерело змінної у часі, незмінної у часі або імпульсної напруги; і корпус, що містить цю пару електродів, який сконфігурований для утримання оброблюваного статичного або динамічного середовища в цьому каналі або просторі. Один з варіантів способу за даним винаходом належить до способу впливу на середовище електричним полем, який включає кроки, при яких: утворюють канал для середовища між парою електродів, в якому електроди містять діелектричний матеріал, і в якому кожний електрод має щонайменше одну поверхню, що покрита провідним ма 95262 8 теріалом, при цьому провідний матеріал розташований на поверхні електрода, що не знаходиться в каналі для середовища; встановлюють електроди так, щоб оброблюване статичне або динамічне середовище утримувалося в цьому каналі; з'єднують джерело змінної у часі, незмінної у часі або імпульсної напруги до кожної поверхні електродів, що покрита провідним матеріалом, тим самим створюючи електричне поле; і вводять середовище в канал так, щоб середовище піддавалося впливу електричного поля. Система і спосіб для генерування електричного поля використовують діелектричні матеріали з високим імпедансом, що мають набір трьох обов'язкових властивостей: висока діелектрична проникність (), високий об'ємний питомий опір () і висока максимально допустима напруженість електричного поля (), і фізичну геометрію, в якій використовуються переваги способу, за допомогою якого електричні поля діляться або розподіляються в послідовних ємнісних ланцюжках. Інші версії, варіанти і ознаки даного винаходу будуть очевидні з нижченаведеного докладного опису, креслень і формули. Короткий опис креслень Фіг.1 ілюструє першу діелектричну конфігурацію за даним винаходом, що має паралельну геометрію. Фіг.2 ілюструє другу діелектричну конфігурацію за даним винаходом, що має циліндричну геометрію. Фіг.3 - три діелектричні секції, що розташовані для формування послідовного ємнісного ланцюжка. Фіг.4 - ланцюг, еквівалентний діелектричній геометрії за Фіг.3; Фіг.5 - два бруски з титанатної кераміки, які покриті з одного боку тонкою плівкою металевого срібла, що утворює на обох брусках поверхню електропровідного електрода. Фіг.6 - вигляд в перспективі електродів за Фіг.5, що прикріплені до полікарбонатної балочної опори з простором між ними, який утворює канал для середовища. Фіг.7 - вигляд зверху електродів за Фіг.6. Фіг.8 - протилежна балочна опора, що прикріплена до іншої сторони конструкції за Фіг.6 і 7. Фіг.9 - одна конфігурація пристрою з високим імпедансом для створення електричного поля за даним винаходом. Фіг.10 - еквівалентна схема геометрії паралельної пластини за Фіг.6 і 7. Фіг.11 і 12 - одна ілюстративна конфігурація системи згідно з варіантами даного винаходу, і Фіг.13 - еквівалентна схема для конфігурації, що показана на Фіг.11 і 12. Здійснення винаходу Для того, щоб краще зрозуміти принципи, на яких засновані варіанти даного винаходу, далі іде опис варіантів, що показані на доданих кресленнях, і для їх опису буде використана специфічна мова. Проте, потрібно розуміти, що це не накладає на об'єм винаходу ніяких обмежень. Будь-які зміни і додаткові модифікації показаних тут ознак винаходу і будь-яке додаткове використання показаних 9 принципів винаходу, очевидні фахівцям, що ознайомилися з описом, повинні вважатися такими, що входять в об'єм захисту заявленого винаходу. Хоча варіанти даного винаходу можуть використовуватися для вирішення множини різних задач, далі іде опис одного варіанта для електропорації біологічних клітин. Термін електропорація, іноді в патентній і академічній літературі замінюваний на "електрошокова стимуляція мембранної проникності", широко використовується для позначення явища, яке пов'язане з впливом електричного поля на мембрану живої клітини. Електропорація клітин, завислих в рідкому електроліті, грає важливу роль в біології клітини, генній інженерії, лікарській терапії і також в біотехнологічних процесах, таких як пастеризація і стерилізація. Залежно від інтенсивності поля, часу експозиції і форм хвиль, прикладені електричні поля можуть викликати оборотні або необоротні утворення пор, а також інші структурні дефекти в ліпідних мембранах, включаючи мембрани бактерій, грибів, спор, вірусів і соматичних клітин ссавців. У випадку оборотної електропорації, це явище характеризується тимчасовим збільшенням дифузійної проникності мембрани, яка десятиріччями використовувалася для трансфекції ДНК, ліків, барвників, протеїнів, пептидів та інших молекул. Коли прикладене електричне поле наводить критичну трансмембранну напругу (для багатьох типів бактерій ФС1В) протягом досить тривалого часу, сформовані пори і інші дефекти мембрани стають необоротними, що приводить до смерті клітини і/або постійної інактивації метаболізму, тобто, відбувається пастеризація або стерилізація. Пристрої і способи електропорації для клінічного і лабораторного використання використовуються вже декілька десятиріч, і можуть бути легко придбані для трансфекції, пастеризації і стерилізації порцій невеликого об'єму (від 1 мкл до 100 мл). У останні 20 років багато зусиль було витрачено на адаптацію цих клінічних і лабораторних способів до комерційного застосування, де потрібні безперервні потоки з великою витратою, а не порції малого об'єму. Пропонувалися, впроваджувалися і патентувалися багато пристроїв і способів, однак у всіх існуючих і попередніх пристроях загальною ознакою є використання електропровідних електродів з низьким імпедансом, що з'єднані безпосередньо з оброблюваним середовищем. Тому еквівалентні ланцюги таких пристроїв являють собою резистивні ланцюжки в сталому режимі, з усіма супутніми параметричними характеристиками, такими як провідний струм, омічне нагрівання, перенесення заряду на інтерфейсі, формування подвійного шару, електрохімічні реакції і надмірне споживання енергії. Така параметрика резистивного навантаження є причиною повсюдного використання імпульсних сигналів в традиційних пристроях для електропорації. Використання імпульсних сигналів (які іноді називають PEF), уніполярних, біполярних або інших, незалежно від часу наростання і часу спаду, викликане бажанням зменшити вищезгадані небажані ефекти резистивних ланцюгів з низьким імпедансом, що є загальними для існуючих і попередніх систем. У разі 95262 10 спроб адаптувати ці технології до задач комерційної пастеризації, омічне нагрівання, небажані електрохімічні реакції і надмірне споживання енергії ставали особливо проблематичними. Варіант даного винаходу, якому винахідники дали назву "Високоімпедансна Електропорація" (далі "BE") дозволяє зменшити багато небажаних ефектів, при цьому система залишається незмінною або навіть більш ефективною, ніж попередні системи та способи і для порційної, і для безперервної обробки з високою витратою. На Фіг.1 і 2 показана паралельна діелектрична конфігурація 100 і циліндрична діелектрична конфігурація 150, відповідно, які можуть бути використані для реалізації варіантів способу за даним винаходом. Кожна конфігурація показує діелектричний матеріал 105, 155, електропровідне покриття 110, 160 і матеріал 115, 165, що піддається тестуванню або впливу електричного поля. Для ємнісних елементів, що утворюють послідовний ланцюжок, використовуваний для реалізації варіантів даного винаходу, зміщення заряду зберігається, а градієнт потенціалу (падіння напруги), а також електричне поле розподіляються пропорційно діелектричній проникності кожного матеріалу перед релаксацією заряду для кожної секції матеріалу в ланцюжку. На Фіг.3 розглянуті три діелектричні секції 170, 175 і 180, що розташовані так, щоб утворити послідовний ємнісний ланцюжок 125. Показані електричні поля 130, 135, що проходять через кожну секцію. На Фіг.4 представлена схема 140, що представляє ланцюжок 125 за Фіг.3. У конструкції, що показана на Фіг.3, якщо діелектрична проникність секцій С1 170 і С1 180 значно більше, ніж у секції С1 175 на перехідному відрізку імпульсу (ступінчаста функція), потенціал і електричне поле через С1 170 і С1 180 буде дуже невеликим в порівнянні з потенціалом і електричним полем через С1 175. Таке співвідношення ефективно концентрує загальний градієнт потенціалу, що існує для створення поля, в центральній секції (в цьому прикладі С1 175). Таке ж співвідношення діє для ланцюжків, що складені з 2, 4 або множинних геометрій діелектричних секцій. У результаті, до матеріалу, що проходить тест або обробку, можна прикласти поле набагато більш високої напруги, ніж в системах і методах за попереднім рівнем техніки. Додатково, використання діелектричних електродів з високим об'ємним питомим опором обмежує електричний струм, омічне нагрівання і споживання енергії, а також переважні електрохімічні реакції на інтерфейсах електродів. Винахідники продемонстрували ефективність варіантів за даним винаходом конфіденційними експериментами. Далі іде опис експериментів і використовуваного обладнання і методології. Однак, фахівцям зрозуміло, що об'єм даного винаходу не обмежений експериментальними системами і/або використаною методологією. На Фіг.5 показані два високоімпедансних діелектричних електрода 200, що виконані з кераміки на основі титанату свинцю-магнію-свинцю. Можна також використовувати інші матеріали, наприклад композит частинок з високою діелектричною проникністю і епоксидною смолою, або матеріали, що 11 95262 мають подібні властивості. Ці два бруски 200 з кераміки титанату були покриті з одного боку тонкою плівкою металевого срібла, що утворює провідну поверхню 210. В одному варіанті електроди мали розмір 1010100 мм, а діелектрична кераміка мала наступні електричні властивості матеріалу: -1 - діелектрична проникність: 5,3e 08 [Fm ] (відносна діелектрична проникність r=6,000); 12 - об'ємний питомий опір 10 [Ом/см]; і - максимально допустима напруженість поля -1 9,0е+06 [Вм ]. Як показано на Фіг.6 і 7, електроди 200 були прикріплені до полікарбонатної балочної опори 220, з простором між ними, що утворює канал 230, глибиною 1 мм, шириною 10 мм і довжиною 3 100 мм, для середовища об'ємом 1000 мм або 1 мл. Отвір 255 для рідини дозволяє направляти потік або виводити потік оброблюваного середовища. Оскільки сила притягання, що створюється полем між електродами 200, коли система заряджена, важкопереборна, балочні опори 220 грають роль конструктивного розвантажувального елемента для електродів 200. Потрібно зазначити, що електроди 200 розташовані так, щоб утворити послідовний ємнісний ланцюжок, який сполучений з оброблюваною рідиною. Стрілкою А на Фіг.7 показаний напрямок електричного поля, що генерується. На Фіг.8 показана протилежна балочна опора 250, що завершує непроникний для рідини канал. Як показано на Фіг.9, електроди 200 і балочні опори 220 поміщені в корпус 260 (наприклад, в полівінілхлоридну трубу діаметром дюйм з чвертю), який при високій напрузі заповнений діелектричною епоксидною смолою 265. До корпусу прикріплені кабельні вводи 270, 275 для плюсового і мінусового високовольтних кабелів і штуцери 280, 285, 12 і всі разом ці компоненти утворюють остаточний пристрій BE 300 (винахідники назвали його "засіка"). Оброблювана завись бактерій в рідині пропускалася через канал по трубках, що сполучені з вхідним штуцером 280 і вихідним штуцером 285, відповідно, як показано на кресленні. Плюсовий і мінусовий кабелі високої напруги 290, 295 (показані на Фіг.11) були введені через відповідні кабельні вводи 270 і 275 і введені в безпосередній контакт зі срібним провідним шаром 210 на кожному відповідному електроді 200, утворюючи електричне з'єднання для зарядки системи. На Фіг.10 показана еквівалентна схема 210, і легенда для такої геометрії паралельної плити. На Фіг.11 і 12 показана одна повна конфігурація системи 350. З причин безпеки, пристрій BE 300 встановлений на діелектричній перегородці, що розрахована на високу напругу (наприклад лист карбонату товщиною чверть дюйма, 7,62 мм), і підключений до джерела живлення 310 на 120 кВ постійного струму. Перша мензурка 320 місткістю 600 мл була встановлена вертикально над пристроєм BE 300 так, щоб під впливом сили тяжіння інокульована рідина стікала у впускний отвір 280 і протікала через пристрій BE 300. Друга мензурка 325 місткістю 600 мл була встановлена нижче пристрою BE 300 і в неї з випускного отвору 285 стікала оброблена рідина. На Фіг.13 показана еквівалентна електрична схема 360 для джерела живлення 310 і пристрою BE 300. Перед використанням системи з тестовою рідиною, інокульованої бактеріями, пристрій BE 300 був заповнений стерильним трипсиносоєвим бульйоном і були виміряні його електричні властивості. У Таблиці 1 показані прогнозні і виміряні величини. Таблиця 1 Прогноз Вимірювання Сt [пФ] 6,00Е+02 6,52Е+02 Rt [Ом] 2,50Е+11 2,20Е+11 Е1 -1 [Вм ] 7,82Е+07 8,50Е+07 Фа [В] 1,00Е+05 1,00Е+05 Is [А] 4,00Е-07 4,55Е-07 де: Ct - загальна ефективна місткість, пікофарад, Rt - загальний послідовний опір, Ом, Е1 - електричне поле через тестовану рідину, вольт на метр, Фа - прикладена напруга постійного струму, вольт, Is - послідовний струм, ампер (перехідний струм зміщення не вимірювався). Під час імпульсу тривалістю 1 мс, максимальне електричне поле через тестовану рідину скла-1 дало порядку 8,5е+07 Вм , що дорівнює 850 кВ/см, що є гігантським електричним полем. Струм через пристрій BE 300, однак, складав порядку 4,5е-07 ампер, що є надзвичайно малим струмом для такої інтенсивності сгенерованого електричного поля (в цю цифру не входить перехідний струм зміщення). Виміряні дані представляють середнє значення за трьома окремими тестами. Між тестами джерело живлення вимикалося і пристрій BE 300 повністю спорожнювався. Система 350 для тесту на електропорацію використовувалася з прикладеною напругою (Фа) 10 кВ. Електричне поле Е1, що було подане на інокульовану рідину в процесі випробування при такій -1 напрузі, становило 7,82е+06 Вм , або приблизно 78 кВ/мс. При фізичному масштабі бактерії Е. соlі -1 це поле дорівнює 7,82 Вмкм і було достатнім для досягнення критичного трансмембранного потенціалу (тобто ФС~1В), що часто наводиться як поріг для мембранної електропорації. Струм провідності (Іа) через пристрій BE 300 під час тесту складав приблизно 4,6е-08 ампер (0,0046 мікроампер). Середня потужність, що споживається, тільки на 13 95262 одному пристрої BE 300 без урахування втрат в джерелі живлення і кабелях, складала порядку 4,6е-04 Вт (460 мкВт). Оскільки об'єм оброблюваної рідини становив 600 мл, і загальний час до повного протікання становив приблизно 480 секунд, загальне розсіювання енергії Uj склало порядку 2,2е-1 Дж (221 міліджоулів), що дає питоме споживання енергії Us l,75e-03 кДж/лRlog (1,75 джоулів/літра на логарифм зменшення). Накопичений час експонування (tx) склав приблизно 800 мс в середньому за витратами при загальному часі обробки 480 сек. Бактеріальне навантаження в тестовій рідині було зменшене на 38% (частка загибелі (kill fraction) для колонієутворюючих одиниць на мл), або логарифм зменшення приблизно -0,21log10. Вказана частка загибелі (kill fraction) є середньою по семи пробах, що були відібрані з рівними інтервалами за час тесту. Хоча величина зменшення -0,21log не є істотною для цілей комерційної пастеризації, вона істотна для цілей демонстрації ефективності варіантів даного винаходу, що застосовуються в галузі електропорації живих клітин. Не було виявлено спроб визначити або виміряти ступінь оборотної електропорації (тобто, тимчасового підвищення проникності 14 мембрани), але враховуючи велику частку загибелі (kill fraction) ефекти електрошокової стимуляції мембранної проникності на частку виживання співмешканців (cohabitant survival fraction) залишаються незмінними. У комерційній, академічній і патентній літературі, що належить до галузі пристроїв, способів і теорії електропорації, розкриті різні прикладені напруги, величини інтенсивності поля, форми імпульсів, частоти імпульсів, профілі підйому і спаду, геометрії і схем потоку середовища. У попередньому рівні техніки застосовуються низькоімпедансні електропровідні електроди, сполучені безпосередньо з оброблюваною рідиною, тим самим застосовуючи переважно резистивне навантаження в сталому режимі (однак, в усіх резистивних ланцюжках є ємнісні і індуктивні елементи, і ці елементи не релевантні даному дослідженню). Це справедливо для клінічних, лабораторних комерційних систем. Однак, варіанти даного винаходу містять послідовний ємнісний ланцюжок. У нижченаведеній таблиці показані критичні електричні параметри вивчених працюючих систем і пристроїв для електропорації (діапазон деяких величин вельми широкий, але показовий). Таблиця 2 Фа [KB] Мінімальна опублікована величина Максимальна опублікована величина [Bм 1] [кВсм ] -1 tp [мкс] fp [Гц] Us [кДж/лRlog]