УНИВЕРСАЛЬНАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ФИЗИОЛОГОБИОХИМИЧЕСКИХ ПАРАТМЕТРОВ ЖИВОТНЫХ И РАСТЕНИЙ

Полезная модель относится к области аналитической химии, биологической химии и физиологии и может быть использовано для измерения концентрации кислорода и ряда ионов, изменяемой в процессе жизнедеятельности растений и животных или фрагментов их тканей без дополнительного механического воздействия на образец при перемешивании раствора.
Известны устройства для измерения концентрации кислорода (Шольц К.Ф. Ячейка для амперометрического определения кислорода / К.Ф. Шольц, Д.Н. Островский // Методы современной биохимии. М., 1975. - С. 55.; Патент US 20120085642 A1, G01N 33/50, опубликован 12.04.2012), представляющие собой термостатируемые ячейки, одновременно являющиеся конструктивной частью амперометрического электрода. В емкость ячейки помещается буферный раствор, поддерживающий биологический объект в функциональном состоянии. Для обеспечения равномерного массопереноса частиц детектируемого элемента к рабочей поверхности электрода, производится перемешивание раствора с помощью магнитной мешалки. Постоянство температуры раствора обеспечивается подключением внешнего резервуара ячейки к проточному ультратермостату. Недостатком конструкции данных ячеек является нахождением исследуемого объекта в том же рабочем объеме ячейки, где происходит вращение магнитного мешальника.
Наиболее близким к изобретению по конструкции является ячейка устройства для кислородометрии (Патент ЕР 2597148 А1, С12М 3/04, 29.05.2013), с полярографическим электродом Кларковского типа, расположенным в нижней части устройства. Ячейка имеет изменяемый объем рабочей камеры - 0,5-1,5 мл, в который помещается изучаемый биологический объект (супензия клеток, микроорганизмы, митохондрии и проч.) и происходит перемешивание раствора с помощью магнитного мешальника, помещаемого внутрь ячейки и приводимого в движение внешней магнитной мешалкой.
Недостатком данной конструкции является ограничение при исследовании более крупных объектов, таких как водные животные, многоклеточные растения, фрагменты органов и тканей животных и растений. Это обусловлено нахождением исследуемого объекта в том же рабочем объеме ячейки, где происходит вращение магнитного мешальника. При механическом воздействии на ткани происходит нарушение их целостности, следствием чего является искажение физиолого-биохимических параметров исследуемых биологических объектов, например, усиление потребления кислорода, повышенный выход электролитов из клеток, изменение уровня pH и т.д. Кроме того, повреждение изучаемого объекта сокращает время проведения измерения параметра. Дополнительным негативным фактором является влияние самого биологического объекта на скорость вращения мешальника, что изменяет скорость его движения и, как следствие, интенсивность перемешивания раствора в ячейке, что, в свою очередь, отражается на достоверности измерения концентрации детектируемого вещества.
Цель изобретения - повышение точности детекции динамики изменения параметров физиолого-биохимических процессов биологических объектов.
Поставленная цель достигается путем деления внутреннего резервуара ячейки на два отсека: область ячейки, предназначенная для расположения биологического объекта и область перемешивания раствора. Для этого внутри ячейки располагается разделительное кольцо. Биологический объект находится в отдельной камере, образуемой верхней поверхностью разделительного кольца и крышкой ячейки и не соприкасается с вращающимся магнитным мешальником.
На фиг. изображена универсальная ячейка для электрохимического анализа физиолого-биохимических параметров животных и растений: вид сбоку - фиг. 1; разделительное кольцо - фиг. 2 (а - вид сверху, б - вид сбоку); крышка ячейки - фиг. 3 (а - вид сверху, б - вид сбоку).
Универсальная ячейка включает резервуар 1, выполненный в виде стакана, трубчатый канал 2 для размещения электрода, являющийся одним целым с разделительным кольцом 3. В разделительном кольце проделаны отверстия 12 для циркуляции раствора внутри ячейки. Сверху ячейка закрывается крышкой 4 с отверстием 13, через которое проходит канал 2. После установки крышки между разделительным кольцом 3 и крышкой 4 образуется полость 6, в которой размещают биологический объект. Устойчивость разделительного кольца внутри ячейки обеспечивается кольцевым выступом 5 на поверхности канала 2. Ячейка окружена термостатирующей водяной камерой 9, подключаемой к внешнему ультратермостату через трубчатые каналы 10 и 11.
Универсальная ячейка работает следующим образом. Разделительное кольцо 3 помещают в резервуар ячейки 1, направляя трубчатый канал 2 вверх. Биологический объект помешается на верхней поверхности разделительного кольца 3. Ячейка закрывается сверху крышкой 4, через отверстие 13 в которой проходит канал 2. Таким образом, биологический объект оказывается заключенным в полости 6, ограниченным внутренней поверхностью стакана резервуара ячейки 1, каналом 2, разделительным кольцом 3 и крышкой 4. Надежность соединения крышки 4 с резервуаром 1, для предотвращения поступления воздуха во время измерения, обеспечивается наличием кольцеобразного выступа 5 на поверхности канала 2. Внешний измерительный электрод вертикально пропускается через канал 2 до объема 7 (ограниченного сверху разделительным кольцом 3), в котором происходит перемешивание раствора с помощью магнитного мешальника 8, приводимого в движение внешней магнитной мешалкой. Перетекание раствора между отсеками камеры 6 и 7 происходит через отверстия 12 в разделительном кольце 3. Резервуар ячейки 1 размещен внутри термостатирующей камеры 9, соединенной через трубчатые канала для поступления 10 и выхода 11 воды, с внешним проточным ультратермостатом, обеспечивающим точность поддержания заданной температуры с амплитудой в пределах ±0.1°C.
Таким образом, в процессе измерения концентрации интересующих соединений (кислорода, ионов и проч.) не происходит соприкосновения биологического образца и магнитного мешальника, что обеспечивает не повреждаемость пробы и сохранение ее физиологической активности на стабильном уровне в течение измерения. Данное преимущество обеспечивает повышение достоверности получаемых результатов. Предлагаемая конструкция ячейки отличается универсальностью, т.к. позволяет производить измерения интересующих параметров с использованием различных электродных систем (оксиметр, pH-метр, ионоселективные иономеры и проч.), что, в свою очередь позволяет удешевить проведение исследований.