Патент на изобретение №2307204

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области выращивания кристаллов белков и может быть использовано для исследования процессов кристаллизации и получения монокристаллов белков, в частности в условиях микрогравитации на борту орбитальной космической станции. Устройство для кристаллизации содержит кристаллизационную камеру с размещенными в ней камерой осадителя и камерой кристаллизационных ячеек, механизм запуска процесса кристаллизации. Кристаллизационная камера образована корпусной деталью и упругой мембраной, под которой размещены камера осадителя, имеющая форму цилиндрического углубления, в котором размещен раствор осадителя, и камера кристаллизационных ячеек, имеющая форму кольцевого углубления, расположенного концентрично камере осадителя, и содержащая распределенные по окружности посадочные места для кристаллизационных ячеек. Мембрана связана с механизмом запуска процесса кристаллизации, обеспечивающим деформированное состояние мембраны, при котором камера осадителя герметично перекрыта мембраной, и снятие деформированного состояния для обеспечения сообщения полостей камеры осадителя и камеры кристаллизационных ячеек. Каждая кристаллизационная ячейка содержит кристаллизационную подложку, на которой размещен раствор белка, мембрану с микропорами для прохождения паров осадителя, которая прижата к раствору белка жесткой перфорированной диафрагмой. Такое устройство компактно и обеспечивает получение биокристаллических пленок в условиях микрогравитации при сведении к минимуму вероятности смещения белкового раствора при доставке устройства на орбитальную станцию и возвращении его на Землю. 5 ил.

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано для исследования процессов кристаллизации и получения монокристаллов белков в условиях микрогравитации на борту орбитальной станции.

Известно устройство для кристаллизации (Journal of Crystal Growth 196 (1999), р.610-622), содержащее кристаллизационную камеру с размещенными в ней камерой осадителя и камерой, в которой находится раствор белка. Кристаллизационные камеры расположены друг над другом в цилиндрическом корпусе, снабженном механизмом активации. Известное устройство имеет нерациональную конструкцию, т.к. не приспособлено для получения биокристаллических пленок, а также в нем не предусмотрена возможность сохранности реагентов, находящихся в жидком состоянии, при перегрузках на участках старта и приземлении космического корабля.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание компактного устройства для кристаллизации, обеспечивающего получение биокристаллических пленок в условиях микрогравитации при сведении к минимуму вероятности смещения белкового раствора при доставке устройства на орбитальную станцию и возвращении его на Землю.

Решение задачи с достижением указанного технического результата обеспечивается тем, что в устройстве для кристаллизации, содержащем кристаллизационную камеру с размещенными в ней камерой осадителя и камерой кристаллизационных ячеек, механизм запуска процесса кристаллизации, кристаллизационная камера образована корпусной деталью и упругой мембраной, под которой размещены камера осадителя, имеющая форму цилиндрического углубления, в котором размещен раствор осадителя, и камера кристаллизационных ячеек, имеющая форму кольцевого углубления, расположенного концентрично камере осадителя, и содержащая распределенные по окружности посадочные места для кристаллизационных ячеек, причем мембрана связана с механизмом запуска процесса кристаллизации, обеспечивающим деформированное состояние мембраны, при котором камера осадителя герметично перекрыта мембраной, и снятие деформированного состояния для обеспечения сообщения полостей камеры осадителя и камеры кристаллизационных ячеек, а каждая кристаллизационная ячейка содержит кристаллизационную подложку, на которой размещен раствор белка, мембрану с микропорами для прохождения паров осадителя, которая прижата к раствору белка жесткой перфорированной диафрагмой.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция устройства в исходном состоянии, на фиг.2 – конструкция устройства в рабочем состоянии, на фиг.3 – индикация исходного и рабочего состояний устройства, на фиг.4 – разрез Б-Б устройства по фиг.1, на фиг.5 – разрез кристаллизационной ячейки.

Основная функциональная часть устройства – кристаллизационная камера 1, содержащая камеру осадителя 2 и камеру кристаллизационных ячеек 3. Кристаллизационная камера образована корпусом 4 с корпусными деталями 5, 6 и упругой мембраной 7.

Корпусная деталь 5 кристаллизационной камеры и мембрана 7 конструктивно объединены по периферии с герметичным корпусом 4 и фланцем 8. Стягивание пакета, обеспечивающее герметизацию стыков деталей, осуществляется полукольцами 9, зафиксированными хомутом 10.

Внутренняя область кристаллизационной камеры 1 – камера осадителя 2 – имеет форму цилиндрического углубления 11, в котором размещена микропористая губка 12 для раствора осадителя. Внешняя область кристаллизационной камеры 1 – камера кристаллизационных ячеек 3 – имеет форму кольцевого углубления 13 и содержит равномерно распределенные по окружности двенадцать гнезд – посадочных мест для кристаллизационных ячеек 14, фиксируемых гайкой 15.

Исходному и рабочему состояниям устройства соответствуют деформированное и недеформированное состояния мембраны 7. В исходном состоянии устройства мембрана 7 герметично перекрывает камеру осадителя.

Состояния мембраны определяются соответственно воздействием или отсутствием воздействия на мембрану ручного механизма запуска (прекращения) процесса кристаллизации.

Механизм состоит из комплекта опорных и герметизирующих деталей 16, рукоятки 17 с фиксатором 18 и комплекта деталей 19, трансформирующих повороты рукоятки в деформацию мембраны.

Для перевода прибора из исходного в рабочее состояние требуется расфиксация и поворот рукоятки 17 на 180° с фиксацией в новом положении. Это обеспечит распрямление мембраны и объединение по воздуху полостей камеры осадителя и камеры кристаллизационных ячеек. Расфиксация рукоятки 17 происходит при оттягивании ее гильзы. Фиксация осуществляется автоматически под действием пружины после отпуска гильзы. Для индикации исходного и рабочего состояний устройства служат надписи ЗАКРЫТО и ОТКРЫТО на его корпусе (фиг.3). Фиксированное положение рукоятки 17 в зоне одной из этих надписей свидетельствует об исходном или рабочем состоянии устройства соответственно.

Кристаллизационная ячейка 14 (фиг.3) состоит из корпуса 20 и расположенных в нем мембраны 21 с микропорами, жесткой перфорированной диафрагмы 22, кристаллизационной подложки 23 и комплекта установочных деталей 24. Кристаллизационная ячейка заправляется раствором белка 25, который размещается на подложке 23. Перфорированная диафрагма 22 прижимает мембрану 21 к раствору белка с помощью установочных деталей 24. Мембрана 21 может быть выполнена в виде эластомерной пленки с микропорами размером порядка 2 мкм. Диафрагма 22 может быть выполнена в виде тефлоновой пластины с отверстиями 1-2 мм. Кристаллизационная подложка 23 выполнена из неорганического материала, например окисленного кремния, с созданными на ее поверхности микро- или макроступенями.

Устройство работает следующим образом.

Для приведения устройства в рабочее состояние рукоятку 17 механизма запуска (прекращения) процесса кристаллизации расфиксируют и переводят из положения, соответствующего надписи ЗАКРЫТО на корпусе устройства (фиг.3), в положение, соответствующее надписи ОТКРЫТО, и фиксируют его в этом положении. При этом происходит распрямление мембраны 7 и объединение по воздуху полостей камеры осадителя и камеры кристаллизационных ячеек (фиг.2), и начинается процесс кристаллизации. Пары осадителя из камеры осадителя 2 через отверстия в жесткой перфорированной диафрагме 22 и микропоры мембраны 21 поступают к раствору белка 25 и создают в нем пересыщение. Эпитаксиальный рост биокристаллической пленки обеспечивается присоединением монокристаллических блоков биологических макромолекул к торцам микро- или макроступеней, созданных на поверхности кристаллизационной подложки 23.

Таким образом, в заявленном устройстве решена проблема обмена между осадителем и раствором белка на подложке за счет паровой диффузии через отверстия перфорированной диафрагмы и микропоры мембраны при сведении к минимуму вероятности смещения белкового раствора с подложки при ускорениях, возникающих при запуске космического корабля, транспортирующего устройство, и возвращении его на Землю.

Формула изобретения

Устройство для кристаллизации, содержащее кристаллизационную камеру с размещенными в ней камерой осадителя и камерой кристаллизационных ячеек, механизм запуска процесса кристаллизации, отличающееся тем, что кристаллизационная камера образована корпусной деталью и упругой мембраной, под которой размещены камера осадителя, имеющая форму цилиндрического углубления, в котором размещен раствор осадителя, и камера кристаллизационных ячеек, имеющая форму кольцевого углубления, расположенного концентрично камере осадителя, и содержащая распределенные по окружности посадочные места для кристаллизационных ячеек, причем мембрана связана с механизмом запуска процесса кристаллизации, обеспечивающим деформированное состояние мембраны, при котором камера осадителя герметично перекрыта мембраной, и снятие деформированного состояния для обеспечения сообщения полостей камеры осадителя и камеры кристаллизационных ячеек, а каждая кристаллизационная ячейка содержит кристаллизационную подложку, на которой размещен раствор белка, мембрану с микропорами для прохождения паров осадителя, которая прижата к раствору белка жесткой перфорированной диафрагмой.

РИСУНКИ