Пристрій для обробки суспензій клітин електромагнітним випромінюванням міліметрового діапазону довжин хвиль нетеплової потужності

Реферат: Винахід належить до радіотехніки та біофізики і може бути використаний у дослідженнях з мікробіології та у біотехнологіях. Пристрій для обробки суспензій клітин електромагнітним випромінюванням міліметрового діапазону довжин хвиль нетеплової потужності містить джерело електромагнітного випромінювання, антену та ємність. Згідно з винаходом, антена виконана як узгоджена конічна металева рупорна антена. А джерело електромагнітного випромінювання, додатково введений хвилевід та узгоджена конічна металева рупорна антена розміщені послідовно з можливістю спрямованого опромінювання суспензії клітин у закритій прозорій ємності з пласким дном, яка симетрично розташована посередині в рупорній антені. Товщина шару суспензії клітин складає 1-3 мм. Пристрій за рахунок практично повного UA 102905 C2 (12) UA 102905 C2 поглинання суспензією клітин енергії джерела електромагнітного випромінювання забезпечує підвищення ефективності опромінювання. UA 102905 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до радіотехніки та біофізики і може бути використаний у дослідженнях з мікробіології та у біотехнологіях. За прототип винаходу взято пристрій, в якому для обробки рідини використовують джерела біологічно активного електромагнітного випромінювання (ЕМВ) міліметрового діапазону довжин хвиль нетеплової потужності (Способ получения биологически активной жидкости и устройство для его осуществления. Аверин В.В.; Бецкий О.В.; Лебедева Н.Н.; Посмитный С.В.; Юхин А.Ф. Патент RU 2137500 С1, дата публікації: 1999.09.20). Обробку води та водних розчинів для отримання біологічно активної рідини (БАР) проводять за допомогою джерела електромагнітного випромінювання міліметрового діапазону довжин хвиль за сумарної потужності джерела, що дорівнює 5мВт на 1л рідини, тобто нетеплової потужності. Пристрій для опромінювання рідини являє собою встановлене в ємності джерело ЕМВ з антеною. Головним елементом пристрою є порожня всередині антена, виготовлена з матеріалу, який слабко поглинає ЕМВ, наприклад, з медичного поліаміду або фторопласту. Всередині порожнини на кінці антени, який занурюється у рідину (робочому кінці), по периметру на однаковій кутовій відстані один від одного розташовані генератори міліметрового випромінювання з рупорними антенами. Для встановлення антени у ємність додатково використовують кільце з закріпленими опорними штирками. Під час занурення антени у ємність, що заповнена рідиною, штирки розташовуються на горловині ємності і слугують опорою для антени. Для отримання БАР за допомогою цього пристрою в ємність, заповнену водою або водним розчином, вміщують антену випромінювача та вмикають джерело живлення. Недоліком даного пристрою для обробки водяних розчинів електромагнітним випромінюванням є невиконання умов стерильності (посудина відкрита, контактує з повітрям, пластикові антени після занурювання у рідину потрібно очищувати), що знижує придатність його для мікробіологічних досліджень. Крім того, ефективність дії міліметрового ЕМВ на водяний розчин буде значно нерівномірною по об'єму на різних відстанях від випромінювача, оскільки міліметрове випромінювання дуже сильно поглинається водою (плаский шар води товщиною 1 мм послаблює ЕМВ з довжиною хвилі 8 мм у 100 разів). Тому для біофізичних експериментів, для обробки зразків суспензій міліметровим випромінюванням визначених параметрів такий пристрій теж не є зручним. В основу винаходу поставлено технічну задачу: збереження стерильності приготованих суспензій клітин під час електромагнітної обробки, підвищення ефективності опромінювання, коли практично вся енергія від генератора поглинається суспензією клітин. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що пристрій для обробки суспензій клітин електромагнітним випромінюванням міліметрового діапазону довжин хвиль нетеплової потужності містить джерело електромагнітного випромінювання, антену та ємність, згідно з винаходом, антена виконана як узгоджена конічна металева рупорна антена, а джерело електромагнітного випромінювання, додатково введений хвилевід та узгоджена конічна металева рупорна антена розміщені послідовно з можливістю спрямованого опромінювання суспензії клітин у закритій прозорій ємності з пласким дном, яка симетрично розташована посередині в рупорній антені, а товщина шару суспензії клітин складає 1-3 мм. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і очікуваним технічним результатом полягає в наступному: 1. Під час обробки суспензія клітин залишається стерильною в закритий ємності. Опромінювання можна проводити за звичайних умов. 2. Конічна рупорна антена з симетричним розподілом електромагнітного поля забезпечує відтворюваність умов опромінювання незалежно від розташування ємності. Конічні колби можуть мати довільний діаметр в межах до діаметра розкриву рупора включно, спеціальні підставки у рупорну антену не потрібні. 3. При поданні випромінювання міліметрового діапазону довжин хвиль нетеплової потужності знизу на ємність (колбу) з пласким дном, все воно поглинається у шарі суспензії. Якщо товщина пласко паралельного шару складає порядку половини довжини хвилі ЕМВ, виконується умова резонансу і поглинання є найбільш ефективним. Рівномірність шару суспензії на дні (правильне встановлення колби) легко контролювати завдяки прозорому матеріалу ємності. Міліметровий діапазон довжин хвиль ЕМВ займає проміжне місце між оптичним і радіодіапазоном, тому в ньому використовують підходи і методи, розвинуті в цих двох областях. Для передачі хвиль зазвичай застосовують прямокутні хвилеводи. Випромінювання електромагнітних хвиль у вільний простір здійснюється за допомогою різного роду антен. Вони перетворюють (по можливості оптимально, тобто узгоджено з навколишнім простором) поле одного типу (наприклад, хвилю, що біжить по лінії передачі) у поле іншого типу (хвилю, що 1 UA 102905 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 випромінюється в навколишній простір). Рупорна антена забезпечує узгодження хвилеводу з відкритим простором та суттєво підвищує спрямованість випромінювання. Для перетворення хвиль використовують перехідну хвилевідну секцію. Далі хвилевід переходить у конічну рупорну антену. Оптимальним є такий розкрив рупорної антени, який при заданій довжині надає максимальний коефіцієнт спрямованої дії. Його розраховують за відповідними формулами. Зазвичай у практиці досліджень використовують так зване "пласкохвильове наближення", коли фазовий фронт електромагнітної хвилі в зоні взаємодії з діелектричним зразком є наближено пласким. При цьому і об'єкт для обробки ЕМВ доцільно виконувати у пласкопаралельному вигляді. Якщо товщина пласкопаралельного шару суспензії в ємності складатиме порядку половини довжини хвилі ЕМВ, тобто 1-3 мм, виконується умова резонансу і поглинання є найбільш ефективним. Суть винаходу пояснена на схемі. Джерелом ЕМВ міліметрового діапазону довжин хвиль слугує генератор (1) з можливістю регулювання довжини хвилі та потужності випромінювання в межах нетеплової. По хвилеводу (2) міліметрове випромінювання подається на узгоджуючу секцію між хвилеводами різного перерізу (3), яка переходить в узгоджену конічну рупорну антену (4). Рупорна антена спрямовано випромінює міліметрове ЕМВ у вільний простір та з мінімальними втратами розширює пучок міліметрових хвиль до розмірів, що відповідають стандартному лабораторному посуду. Ємність конічної форми з пласким дном, виготовлену зі скла або прозорого пластику (5) з приготованою суспензією клітин (6) розташовують симетрично всередині рупорної антени (4). Ємність закрита кришкою (7), наприклад ватно-марлевою пробкою. Працює пристрій наступним чином. Вмикають джерело ЕМВ - генератор міліметрових хвиль (1). Встановлюють потрібну частоту випромінювання в межах робочого діапазону та потужність випромінювання (зазвичай в межах 5-10 мВт). Суспензію клітин (6) готують в стерильній ємності з пласким дном (5) та закривають (7). Об'єм суспензії розраховують виходячи з того, щоб товщина шару суспензії на дні при даному діаметрі дна ємності складала порядку половини довжини хвилі випромінювання. За цих умов практично усе ЕМВ, яке спрямовано подається на ємність, поглинається у суспензії. При симетричному розташуванні ємності (5) шар суспензії на дні рівномірний (6). Висота розташування ємності в рупорній антені залежить від діаметра її дна. Кожний зразок суспензії клітин обробляють при заданій частоті, потужності ЕМВ і тривалості опромінювання. По закінченні обробки ємність виймають з рупорної антени. Предмет подальшого дослідження можуть становити будь-які зміни в живих клітинах, такі як швидкість поділу, активність ферментів або накопичення продуктів метаболізму. Технічний результат полягає в наступному: 1. Під час обробки приготована суспензія клітин залишається стерильною в закритій ємності. Такою ємністю може бути лабораторна конічна скляна колба з ватно-марлевою пробкою. Опромінювання можна проводити за звичайних умов. 2. Конічна рупорна антена з симетричним розподілом електромагнітного поля забезпечує відтворюваність умов опромінювання незалежно від розташування ємності. Конічні колби можуть мати довільний діаметр в межах до діаметра розкриву рупора включно, спеціальні підставки у рупорну антену не потрібні. 3. При поданні випромінювання міліметрового діапазону довжин хвиль нетеплової потужності знизу на ємність (колбу) з пласким дном, все воно поглинається у шарі суспензії. Якщо товщина пласкопаралельного шару складає порядку половини довжини хвилі ЕМВ, виконується умова резонансу і поглинання є найбільш ефективним. Рівномірність шару суспензії на дні (правильне встановлення колби) легко контролювати завдяки прозорому матеріалу ємності. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Пристрій для обробки суспензій клітин електромагнітним випромінюванням міліметрового діапазону довжин хвиль нетеплової потужності, що містить джерело електромагнітного випромінювання, антену та ємність, який відрізняється тим, що антена виконана як узгоджена конічна металева рупорна антена, а джерело електромагнітного випромінювання, додатково введений хвилевід та узгоджена конічна металева рупорна антена розміщені послідовно з можливістю спрямованого опромінювання суспензії клітин у закритій прозорій ємності з пласким дном, яка симетрично розташована посередині в рупорній антені, а товщина шару суспензії клітин складає 1-3 мм. 2 UA 102905 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3