CZ246U1

CZ246U1 - Mikrorespirograf

Info

Publication number: CZ246U1
Application number: CZ1993446U
Authority: CZ
Inventors: Karel Rndr. Sláma
Original assignee: Intereco, Výrobně Obchodní Družstvo
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1993-03-24
Also published as: DE4034174A1; CZ606189A3; JPH03216181A

Description

Technické řešeni se týká mikrorespirografu pro vyhodnocování biotechnologických procesů a rnetabolických změn buněk, tkání a organismů s plynulou, registrací spotřeby kyslíku a vylučování oxidu uhličitého buňkami a tkáněmi, pracujícího n a. v o 1 u m e t r i c k é m p r i. n c i p u. M i k r o r e s p i r o g r a f o b s a h u Je e 1 e k t r~ o nický převodník tlakových rozdílů, mezi respirační a kompenzační nádobkou, přičemž řečený elektronický převodník Je napojen na tenzometrickou Jednotku a respirační nádobka Je o p a t ř e n a g e n e r á. t o r e m k y s 1 í k. u.

Dosavadní stav......techniky

Při měření spotřeby kyslíku, organismů a tkání byla vyvinuta celá řada respirometrickýc-h technik. Původní přístroje byly spirometry a spirografy používané v lékařství, jejichž. citlivost se pohybovala řádově v ml. spotřebovaného kyslíku. Druhou generaci těchto přístrojů představují mikrorespirometry používané k výzkumu rnetabolických změn u. různých živočichů, a rostlin, pracující v oblasti ul· hodnot.

Třetí generace je v současné době zastoupena elektronickými přístroji jako jsou, kyslíkové oxygrafy a ultramik.rorespirometry schopné zaznamenávat spotřeby kyslíku, v nanol.itrovém množství. V souborné práci věnované měření spotřeby kyslíku, malých vzorků tkání / T.J. Bradley a T.A.Miller: Measurement of ion transport and metabolic rate in insects, Springer Verlag, New York, Berlin, Heidelberg, Tokyo, 1984, str. 101/ byly shrnuty základní mikrorespirometrické přístroje s velkou citlivostí; Tyto přístroje Jsou založené na přímých volumetrických principech, dále jsou zde popsány elektrolytické respirometry, polarografické respirometry, využívající kyslíkových elektrod, dále diaferometrické průtokové respirometry, analysátory vydechovaného oxidu uhličitého za ložené na absopci oxidu uhličitého COs. v infrečervené oblasti, a pod..

N e j v i c e p r a k t i c k y r o z & i ř e né j s o u v s o u č a s n é d o b & oxygrafy, používající kyslíkové elektrody. Tyto přístroje jsou velmi citlivé, Jejich nevýhodou však je nepřímé měření (/ spotřeby kyslíku na základě změn koncentrace O2 v respirační nádobce.. Velký pokrok v elektronice, zvláště dostupnost polovodičových tenzomet.ru schopných přenášet a měnit na změnu elektrického proudu nejjemnější mechanické deformace, umožnil konstrukci vysoce citlivého přístroje, registru.jícího přímo nanoli trové změny ve spotřebě, kyslíku.. Tento přístroj se ukázal být vhodný pro měření metabolické činnosti malých vzorků explantováných hmyzích tkání. Pomocí tohoto skanovacího mikrorespirografu podle výše uvedené citace bylo možné získat průběžné záznamy metabolických změn malých množství buněk a tkání.

N e v ý h o d. o u v ý š e u v e d. e n é m e t o d y Je, ž e z. v ý e n í citlivosti v nl oblasti Je dosaženo mimo Jiné zmenšením objemu. respirační nádobky pod. 1 ml... Následkem toho je množství kyslíku, použitelného k dýchání měřeného objektu značně omezené. Během delšího měření dochází velmi rychle k Jeho spotřebě a k poklesu Jeho parciálního tlaku uvnitř respirační nádobky, a. tím k postupnému zmenšování metabolické aktivity spojené případně s uhynutím měřených buněk. Další nevýhody dosavadních metod měření metabolismu buněčných suspenzí spočívají v tom, že používají, velké množství tkáně, ř á d. o v ě m i. 1 i g r a my, n e b o t k á ňo v ý c h s 1.1 s p e n z í , ř á d. o v ě m i 1 i t r y. Navíc používají kapalných termoregulačních medií a vydatného míchání reakční směsi k zajištění rovnoměrného přísunu kyslíku k buňkám, neboť difúze kyslíku v kapalném prostředí Je asi 50 0 miliónkrát pomalejší než v plynné fázi...

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody odstraňuje Mikrorespirograf obsahující elektronický převodník. tlakových rozdílů. mezi respireCní a kompenzační nádobkou, přičemž elektronický převodník je napojen na tenzometrickou jednotku a respirační nádobka je opatřena. generátorem kyslíku, Jehož podstata spočívá v tom, že tenzometrická. jednotka, s elektronickým převodníkem je zpětnovazebně propojena, s generátorem kyslíku přes regulační spínací obvod, pro nastavení startu a. rychlosti výroby kyslíku v závislosti na citlivosti měření.

Elektronický převodník, může být. tvořen polovodičovými tenzornetry umístěnými na membráně o průměru 6 až 2 0 mm, tloušťce 0,01 až 0,08 mm rozdělující prostor elektronického převodníku na dvě stejné části, přičemž. vnitřní prostor elektronického převodníku. na každé straně membrány Je v rozmezí 2 až 300 μ.1 a obě stejné části jsou spojeny věncem a d. j u s t a Č n í c h š r o u b ů .

Výhoda zařízení podle řešení spočívá v tom, že n a h r a z u J e k y s 1 :L k s p o t ř e b o v a n ý t k á. n ě m i k y s 11 k e m e 1 e k t r o 1 y t. i c k y vyrobeným přímo uvnitř respirační nádobky.. To umožňuje dlouhodobý průběžný záznam metabolických změn malých vzorků tkání při zachování veliké citli vost.i měřeni a. současném zachování. stálého parciálního tlaku kyslíku v respirační nádobce po celou dobu měření. V kombinaci s vysokou, citlivostí elektronických převodníků tlaku umožňuje zařízení plně autoregulační dlouhodobé monitorování změn v látkové přeměně mikrograrnových množství buněk, a tkání s přesností z á z n a m u p i k o 1 i t r o v ý c h v e 1 i č i n s p o t ř e b y k y s 1 í k u n e b o vylučování oxidu uhličitého COz za minutu.

Další výhodou tohoto řešení Je, Že díky veliké citlivosti měření se mohou používat extrémně malá, množství buněk a tkání, řádově mikrogramy, nebo tkáňových suspenzí, řádově mikrolitry. Tím je zaručen dostatečný přívod kyslíku až k mitochodnrilm buněk bez nutnosti mícháni, které je pro některé buněčné kultury přímo škodlivé. Použitím větších nádobek a zmenšením citlivosti Je možno přistroj podle řešení použít Jako univerzální mikrorespirograf pro záznam metabolických změn malých i velkých organismů, Jako Jsou vajíčka a různá vývojová stadia hmyzu, klíčící embrya nebo části rostlin nebo laboratorní zvířata.

Přehled obr-áz kilna výkrese

Obrázek na připojeném výkresu znázorňuje schematický náčrtek mechanické a elektronické části mikrorespirografu.

Příkladyprovedení

.. Kompenzační nádobka 1 a .respirační nádobka 2 jsou vzájemně oddělené membránou 16 elektronického převodníku 3. Kromě toho jsou také propojeny navzájem spojovacími trubičkami 9 o vnitřním průměru menším než 0,7 mm napojenými na ventil 4 pro uzavírání nebo otevírání prostory kompenzační nádobky 1 a respirační nádobky 2 do vnějšího prostoru. Ventil 4 je připojen k servomotoru 6, který je přes přepínač 14 napojen na regulační spínací obvod 12. pro nastavení startu a. rychlosti výroby kyslíku v závislosti na. citlivosti měřeni. Respirační nádobka 2 je také spojena prostřednictvím spojovací trubičky 9 s mikrostříkačkou 7 pro přímou objemovou kalibraci přístroje. Elektronický převodník tlaku 3 spojovací trubičky 9 a ventil 4 jsou umístěny ve vnitřním kovovém plášti 5. Vnitřní kovový plášť. 5, kompenzační nádobka 1, respirační nádobka 2 mikrostříkačka 7 uloženy v terrnoizolačním 'plášti 8, k t e rmoregul.ační jednotce 17.

a servomotor 6 jsou který Je připojen

Elektronický převodník 3 je tvořen polovodičovými tenzometry 15 umístěnými, na membráně 16 o průměru 6 až. 20 mm., tloušťce 0,01 až 0,08 mm, rozdělující prostor elektronického převodníku 3 na dvě stejné části, přičemž. vnitřní prostor elektronického převodníku. 3 na každé straně membrány 16 Je • v rozmezí 1 až. 300 μ.1 a obě stejné části Jsou spojeny věncem adjustačnlch šroubu 18. Tenzometry 15 elektronického * převodníku 3 jsou připojeny ke vstupu, tenzometrické jednotky

1 , jejíž výstup je připojen jednak ke vstupu, regulačního spínacího obvodu 12. startu a rychlosti výroby kyslíku v závislosti na citlivosti měřeni a jednak k registračnímu, a vyhodnovacímu zařízeni 13 propojenému zpětně s regulačním spínacím obvodem 12, jehož výstup vede přes přepínač 14 bud do elektrod generátoru. 10 kyslíku nebo do servomotoru 6.

V kompenzační nádobce 1 je uložen rovněž generátor 10 kyslíku, jehož elektrody nejsou zapojeny.

Základní el ek. tr oni c kou součástí tenzometrická jednotka 11 určená odporových zařízení je pro přesné měření, použitím převodníku mechanické můstků zásobujících tenzometry 15 elektronického napájecím napětím, jehož změny, závislé na deformaci membrány 16, jsou, pak zesilovány.

dekódovány a přeměněny na výstupní signál, přicházející na vstup regulačního spínacího obvodu 12 a. dále na registrační a výhodnocovací zařízení. 13, představované lineárním zapisovačem, osciloskopem nebo paměťovým počítačem. Regulační spínací obvod 12 ovládá činnost servomotoru. 6 spojeného s ventilem 4 nebo činnost generátoru 10 kyslíku nastavením startu a. rychlosti výroby kyslíku v závislosti na citlivosti měření. Generátor 10 kyslíku pracuje na elektrolytickém principu a. je tvořen platinovou /+/ a měděnou /-/ elektrodou, které jsou umístěny v nasyceném roztoku C1.1SO4 s přídavkem 1 • FeS04 proti tvorbě ozonu. Na rozdíl od. elektrolytických respirátorů popsaných ve výše uvedené citaci nepoužívá zařízení podle vynálezu elektrolytický princip přímo k měření hodnot spotřeby kyslíku, ale k. automatickému, nastavování tlakových hodnot a k průběžnému doplňování množství kyslíku spotřebovaného měřenými organismy.. Skutečné měření spot řeby kyslíku a automatické nastavování nuly jsou v tomto zářízeni uskutečňovány prostřednicívím elektronického převodníku 3, tenzometrické Jednotky 11 a regulačního spínacího obvod.u 12, který není použit k měření, ale pouze k automatickému řízení provozu přístroje.

Při práci se zařízením podle řešení musí být na začátku měření ventil 4 v poloze otevřeno, nastaví se kritické -hodnoty regulačního spínacího obvodu 12 pro zapínání a vypínání generátoru IQ kyslíku, dále se nastaví rozsah citlivosti měření na tenzometrické jednotce 11 a odpovídájící p r o u d. do e 1 e k. t r o d g e n e i - á t o r u. 1 0 k. y s 1 i k u s e t a k é n a s t a. v í n a regulačním spínacím obvodu. 12 pro nastavení startu a rychlosti výroby kyslíku v závislosti na citlivosti měření. Měřený objekt se umístí, spolu, s absorbentem oxidu, uhličitého CO2 do respirační nádobky 2, která se připojí k příslušnému vývodu z elektronického převodníku 3. V zařízení je možno použít i několika samostatných respiračních nádobek 2, které Jsou společně umístěny v termoizolačním plášti 6 a. jsou, postupně. připojovány k elektronickému převodníku. 3 pomocí neznázorněného vícecestného miniaturního ventilu.

Po 10 až 15 . minutách potřebných pro ustálení teploty se začne měření uzavřením ventilu 4 elektrickým povelem přes p ř e p í n ač 14. R e g i s t r a č n í a v y h o d n o c o v a c í z a ř í z. e n í 13 2 a č n e ihned ukazovat úbytek tlaku v respirační nádobce 2, který je úměrný spotřebovanému kyslíku. Po dosažení maxima nastaveného hodnotou horní pásmové propusti na. regulačním s spínacím obvodu 12 dochází k vyslání elektrického signálu na spínač 14, což má. za následek bud krátkodobé otevření ventilu. 4 a tím vyrovnání tlaku v kompenzační nádobce 1 a respirační nádobce 2 na původní nulovou hodnotu, nebo podle polohy přepínače 14 dojde k. průtoku elektrického proudu generátorem 10 kyslíku., který bude, vyrábět plynný 0-, rychlosti odpovídající nastavenému proudu na regulačním a spínacím obvodu 12 až do okamžiku, kdy hodnoty na výstupu dosáhnou spodního limitu pro vypnutí elektrolýzy. V teto době je indikátor registračního a vyhodnocovacího zařízení 13 zpět na původní hodnotě a celý cyklus měření se samočinně opakuje.

a

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle řešení je možno s výhodou využít pro měření hanolitrových a pikolitrových množství spotřeby kyslíku, zejména pro monitorování průběhu, biotechnologických » postupů na základě záznamu spotřeby kyslíku nebo vylučování oxidu uhličitého miniaturních, submikrolitrových vzorků * reakčních směsí, dále k měření metabolické aktivity mikroorganismů, tkáňových kultur buněk a buněčných suspenzí, k výzkumu buněčných vývojových cyklů, k měření metabolismu mikroskopických vzorků živočišných a rostlinných tkání, například, pro srovnání normální s nádorové tkáně, dále je možno zařízení použít k měření. metabolické aktivity malých organismů, Jako jsou vajíčka hmyzu a jiných živočichů, různá vývojová stadia Členovců, klíčící, semena a klíčky rostlin v biotechnologických postupech a s menšími úpravami velikosti baniček je možno zařízení použít Jako vysoce citlivého univerzálního respirografu s kontinuálním záznamem..

Claims

NÁROKY NA

1. Mikrorespirograf s plynulou registrací spotřeby kyslíku a. vylučování oxidu, uhličitého buňkami a tkáněmi pracující na volumetrickém principu, obsahující elektronický převodník, tlakových rozdílů, mezi respirační a kompenzační nádobkou, přičemž elektronický převodník Je napojen na tenzometrickou a respirační jednotku a respirační nádobka je opatřena generátorem kyslíku, vyznačené tím, že tenzometrická Jednotka /11/ s elektronickým převodníkem /3/ Je zpětnovazebně propojena, s generátorem /10/ kyslíku, přes regulační spínací obvod. /12/ pro nastavení startu, a rychlosti výroby kyslíku v závislosti na citlivosti měření.

2. Zařízení podle nároku. 1 vyznačené tím, že elektronický převodník

/3/ Je tvořen polovodičovými tenzometry /15/ umístěnými na membráně /16/ o průměru 6 až 20 mm, tlouštce 0,01 až. 0,08 rozdělující prostor elektronického převodníku na dvě stejné části, přičemž, vnitřní prostor elektronického převodníku /3/ na každé straně membrány /16/ Je v rozmezí 1 až. 300 μ.1 a obě stejné, části Jsou s p o J e n y vě nc e rrt a d. J u s ta. č ní c h Š r o u b ů /18/.