УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА БИООБРАСТАНИЯ

Полезная модель относится к современным приборам для изучения биопленок, предназначена для микроскопического (визуального) исследования жизненного цикла биопленок, образованных различными сообществами микроорганизмов на различных материалах и в различных средах в условиях контролируемого воздействия температуры, освещения, скорости перемещения жидкой среды, состава газовой фазы.
8
Известно устройство (Патент РФ 2559546), которое включает емкость, снабженную пружинообразным приспособлением из мягкой проволоки, закрученной в виде 10 витков, под углом не менее 10-12° к вертикальной оси, диаметром 17 мм. Пружинообразное приспособление имеет два плеча длиной 70 мм для размещения внутри емкости и его удаления из нее, приспособление выполнено с возможностью установки между витками покровных стекол с размером 20×20×0,6 мм. Функции устройства заключаются в создании биопленки на покровных стеклах. Покровные стекла помещают между витками пружинообразного приспособления внутри емкости. Емкость заполняют экспериментальной средой, добавляют в емкость суспензию холерных вибрионов и инкубируют при конечной концентрации холерных вибрионов в n×10 КОЕ/мл с доведением до минимального порога чувствительности 0,1 КОЕ/мл при комнатной температуре.
Недостатком указанного аналога является ограниченность использования устройства и невозможность использования применительно к проточной циркуляционной системе, невозможность установки покровных стекол в протоке.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является изобретение, которое относится к медицине, в частности, к лабораторной диагностике. Устройство для исследования биологического материала, содержащее корпус, крышку, уплотнительную шайбу и пористую прокладку с полимерной мембраной для нанесения исследуемого материала, причем пористая прокладка закреплена между корпусом и крышкой, а в корпусе и в крышке выполнены выемки, образующие объем, в котором размещена пластина, и в корпусе выполнен канал, сообщающийся с объемом для подачи жидкой среды. Устройство позволяет повысить точность исследования биологического материала. Проводят забор биологической пробы, фильтрование, окрашивание и микроскопирование полученного осадка, при этом после забора пробы выполняют суспензирование, фильтрование осуществляют при помощи прозрачной полимерной пористой мембраны, а микроскопирование осадка производят на всю его глубину непосредственно на мембране. Описанное устройство для реализации способа (Патент РФ 2213965) принято за прототип.
Недостатком прототипа является невозможность проведения микроскопирования в реальном времени в процессе различных стадий роста и развития биопленки с возможностью оценки степени биообрастания, необходимостью разбора устройства для проведения оценки, а также отсутствие возможности наблюдения за ростом и развитием биообрастаний в отсутствие протока и при формировании биообрастаний на поверхности различных материалов.
Задачей полезной модели является создание устройства, которое позволяет изучать все фазы жизненного цикла биообрастаний (лаг-фаза, стадия экспоненциального роста, стабилизация, отмирание), формирующихся на различных материалах, в протоке или при отсутствии протока, в условиях контакта с газовой средой различной степени обсемененности в режиме реального времени.
Поставленная техническая задача решается в полезной модели, включающей проточную ячейку, выполненную из прозрачного материала (оргстекло, поликарбонат) с камерой внутри, снабженной штуцерами, герметизируемой с помощью эластичного уплотнения и покровного стекла, уплотняемых прозрачной крышкой, при этом на дне камеры размещены пластинки исследуемого материала, находящиеся в жидкой проточной или неподвижной среде, которая помещена в один из двух сосудов, соединенных гибкими трубками со штуцерами ячейки и поочередно размещаемыми выше и ниже уровня закрепления ячейки для создания протока среды, или на одном уровне с ячейкой для прекращения протока среды через рабочую камеру ячейки. Ячейка может быть подключена в проточную систему, содержащую емкость или трубопровод с исследуемой средой, штатив, регулятор протока, соединительные трубки с зажимами, проточную биологическую ячейку и приемную емкость.
Техническим результатом является повышение качества и удобства микробиологических исследований за счет обеспечения возможности визуального исследования жизненного цикла биопленок и за процессом обрастания их различными сообществами микроорганизмов на различных материалах в различных средах без необходимости разбора устройства в условиях контролируемого воздействия температуры освещения, скорости перемещения жидкой среды, состава газовой фазы.
Устройство для исследования процесса биообрастания предназначено для микроскопического (визуального) исследования жизненного цикла биопленок, образованных различными сообществами микроорганизмов на различных материалах и в различных средах в условиях контролируемого воздействия температуры, освещения, скорости перемещения жидкой среды, состава газовой фазы.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг. 1 - проточная биологическая ячейка (разрез), на фиг. 2 - проточная биологическая ячейка (вид сверху), на фиг. 3 - пример подключения.
Устройство включает корпус проточной биологической ячейки 1, выполненный из прозрачного материала (оргстекло) с выемкой, при этом в корпусе выполнены горизонтальные каналы 2 с вкрученными штуцерами 3, в верхней части корпуса установлена крышка 4 из прозрачного материала с отверстием, соответствующим форме выемки, при этом между корпусом и крышкой установлено покровное стекло 5, при этом устройство загерметизировано с помощью эластичного уплотнения 6, при этом между покровным стеклом и дном выемки корпуса образована камера, на дне которой размещена пластинка исследуемого материала 7, находящегося в жидкой проточной или неподвижной среде, при этом устройство устанавливается между двух емкостей 8, 9, соединенных гибкими трубками со штуцерами 10, при этом устройство снабжено запорными механизмами (на рисунках не показаны), регулирующими проток через каналы 2.
Устройство состоит из следующих основных частей: штатива 11 для крепления рабочей (загрузочной) 8 и приемной 9 емкостей и устройства для исследования процесса биообрастания (проточной биологической ячейки 12), подключаемого с помощью штуцеров 3. Верхняя рабочая (загрузочная) емкость, заполненная водой с естественной или искусственной обсемененностью микрофлорой, соединена через медицинскую капельницу поливинилхлоридной трубкой с зажимом (на рисунке не показан) с биологической ячейкой. Биологическая ячейка представляет разъемный корпус из прозрачного материала (полиметилметакрилат - ПММА), между фланцами которого находится цилиндрическая полая проточная камера, снабженная штуцерами, выведенными на корпус ячейки. Диаметр камеры определяется размерами покровного стекла, герметично закрепленного в верхней ее части при помощи эластичного уплотнения в корпусе камеры. Просвет между покровным стеклом и пластинки исследуемого материала на дне камеры не превышает 0,7 мм. Таким образом, между дном и покровным стеклом камеры образован плоский цилиндрический зазор с прозрачными стенками, через который протекает исследуемая жидкость, содержащая микроорганизмы, которые способны образовывать биопленки. Скорость протока задается при помощи медицинского зажима на питающей трубке с капельницей, соединяющей рабочую (загрузочную) емкость, расположенную над ячейкой, со штуцером на корпусе ячейки. Другой штуцер ячейки такой же трубкой с капельницей соединен с приемной емкостью, расположенной по уровню ниже ячейки. При перетекании жидкости из верхней емкости в нижнюю в ячейке создается зона замедленного протока с хорошим освещением, что создает благоприятные условия для роста и развития биопленок. По окончании перетока жидкости из верхней (рабочей или загрузочной) емкости в нижнюю (приемную) емкость, их следует поменять местами. Соответственно, приемная емкость получит в новом цикле название рабочей или загрузочной, а емкость, которая займет нижнее положение в приборе, получит в новом цикле название приемной. Наблюдать жизненный цикл зарождения и развития биопленок возможно в режиме реального времени при помощи микроскопов различного класса и типа через покровное стекло камеры ячейки проточной биологической. Исследования могут проводиться не только при постоянном протоке жидкости через ячейку, но также при отсутствии такового, что позволяет наблюдать изменения в структуре биопленки, связанные с нехваткой питательных веществ и кислорода. Устройство позволяет проводить исследования биопленок, образованных культурами, искусственно введенными в водную среду без риска проникновения в систему микроорганизмов из окружающей воздушной среды. Для таких исследований необходимо использовать комплект трубок с капельницами, оборудованными воздушными фильтрами. Наличие таких фильтров не позволяет микроорганизмам из воздуха проникать в исследуемую систему культивирования биопленок. Также устройство позволяет изучать биопленки, образованные микроорганизмами из воздушной среды в определенном помещении, например, больнице, птичнике, коровнике и т.п. Для такого рода исследований прибор размещают в помещении, воздушную среду которого необходимо исследовать, загрузочную емкость в начале исследований заполняют стерильной водной средой определенного химического состава, в которую поступает воздух при циклах смены положения емкостей через капельницы, лишенные воздушных фильтров. Данное устройство легко может быть преобразовано полностью в проточную измерительную систему. Для этого вместо загрузочной емкости источником водной среды может быть выбран объем технологической воды или раствора, из которого при помощи перистальтического насоса (не показан) водная среда может подаваться на входной штуцер ячейки с заданной скоростью в течение сколь угодно длительного интервала времени.