Прилади, які використовуються для дослідження біологічних структур

РЕФЕРАТ з дисципліни «Біологія клітини»

на тему «Прилади, які використовуються для дослідження біологічних структур»

Зміст

• Вступ
• 1. Системні аспекти проведення біологічних досліджень
• 1.1 Особливості біологічних систем як об'єктів дослідження
• 1.2 Структура методів біологічних досліджень
• 2. Прилади та апарати для біологічних досліджень
• 2.1 Оптичний мікроскоп
• 2.2 Електронний мікроскоп
• 2.3 Термостат
• 2.4 Калориметр
• 2.5 Центрифуга
• 2.6 Автоклав
• 2.7 Біореактор
• Висновки
• Список літератури
• Додатки

Вступ

Досліджуючи певні біологічні об`єкти чи явища, дослідник звичайно ж, намагається досягти найпродуктивнішого результату, оволодіти найбільш повною і якісною інформацією. Для задоволення цієї потреби дослідники використовують масу різноманітних способів та приладів для як найкращого виконання поставленого завдання. Предмет дослідження піддається детальному обстеженню та вивченню, що в результаті, призводить до виконання даної задачі.

Отриманню точних результатів ми завдячуємо приладам біологічних досліджень.

Стан біологічної системи (об`єкту дослідження) описується комплексом біологічних показників, визначених в процесі досліджень.

Реалізація методу дослідження за допомогою приладів являє собою біотехнічну систему (апарат) — сукупність біологічних і технічних елементів, що виконують єдину цільову функцію визначення біологічних параметрів.

біологічна система калориметр автоклав

1. Системні аспекти проведення біологічних досліджень

У цей розділ входять найбільш загальні питання і підходи, властиві всім методам досліджень.

1.1 Особливості біологічних систем як об'єктів дослідження

Використання поняття «біологічна система» найбільш зручне при розгляді найзагальніших підходів дослідження живих організмів.

Виділяють три основні етапи системного аналізу:

1. Вивчення ступеня організованості біологічного об'єкта, тобто отримання морфологічного опису (структура, елементний склад);

2. Вивчення законів його функціонування в умовах реального існування, тобто отримання функціонального і інформаційного описів;

3. Вивчення шляху розвитку біологічного об'єкта, тобто отримання генетико-прогностичного опису.

Живі організми мають ряд особливостей, що ускладнюють отримання зазначених описів. Наведемо найбільш важливі з них:

1. Будь-яка біологічна система надзвичайно складна, має багато підсистем з рухомими зв’язками й функціями, які в більшості випадків описані лише якісно.

2. При вивченні біологічної системи доводиться враховувати, що безперервно змінюється комплекс факторів, що значно спотворює результати досліджень.

3. Стан біологічної системи описується набором фізіологічних процесів з великою кількістю різновидних біологічних показників, число яких остаточно не встановлено.

4. Отримання багатьох математичних залежностей, що характеризують тимчасово-просторовий стан біосистеми, утруднений через відсутність адекватного математичного апарату.

5. Для біосистем характерна якісна неоднорідність складових підсистем з різними характерними часами протікання і керуючими сигналами (хімічними, фізичними, інформаційними).

6. Велике число параметрів, що визначають стан біосистеми, дає лише вірогідну оцінку того чи іншого стану.

7. Неоднозначність реакції біосистеми на той самий вплив.

8. Рефлекторний вплив різних патологічних явищ на вищі рівні біосистеми, що призводить до спотворення інтерпретації отриманих результатів.

9. Складність вимірювань пов’язана з порівняно малими абсолютними значеннями вимірюваних величин при великих рівнях шумів як через роботи інших підсистем (внутрішні шуми), так і з причини тих, що наводяться із зовнішнього середовища (зовнішні шуми). [1]

Перераховані вище особливості біологічних систем як об'єктів дослідження можуть бути подолані, якщо в якості методологічної основи досліджень взяти гомеостаз біологічних систем, тобто здатність системи забезпечувати стабільність структури, виконуваних функцій, підтримання характеристичних параметрів в життєво важливих межах незалежно від зміни умов зовнішнього середовища. Гомеостаз живих організмів підтримується механізмами саморегуляції. Приклади таких показників для людського організму — температура внутрішніх органів, частота серцевих скорочень, частота дихання, тиск крові, концентрація цукру в крові і т.д. Діагностичним ознакою патологій є відхилення показників від середньостатистичних величин, прийнятих для досліджуваного об'єкта.

1.2 Структура методів біологічних досліджень

Існує кілька класифікацій методів досліджень: за видом живого організму, типом функціональних систем або органів, типом апаратури. У даному рефераті прийнята класифікація, заснована на розходженні способів отримання інформації про біооб'єктів, яка найбільш повно відображає специфіку спрямованості і можливих технічних рішень.

Методи фізіологічних досліджень засновані на проявах і властивостях життєдіяльності біологічних систем. До них відносять дослідження: механічних проявів; електропровідності біоструктур; електричної та магнітної активності організмів; оптичних властивостей; процесів теплопродукції і теплообміну. [2]

Активні методи досліджень припускають тривалий зовнішній вплив на біологічну систему з метою прояву її властивостей. До цієї групи відносять методи, засновані на впливі зовнішніх фізично, застосуванні препаратів, а також функціональні методи.

Аналітичні методи досліджень припускають обчислення кількісних параметрів, що характеризують біосистему, концентрацій компонентів, в тому числі і на основі біологічних проб. До цих методів належать всі види лабораторних досліджень і аналізів. Деякі реальні методи досліджень містять ознаки декількох груп класифікації і можуть бути віднесені до однієї з них по переважанню тієї чи іншої ознаки.

2. Прилади та апарати для біологічних досліджень

При вирішенні біологічних задач використовується найрізноманітніша техніка: світлові та електронні мікроскопи, центрифуги, хімічні аналізатори, термостати, комп’ютери і безліч інших сучасних приладів і інструментів.

2.1 Оптичний мікроскоп

Мікроскоп (рис. 2.1.1) (від грец. Мйксьт — малий і укпреЦн — дивлюся) — оптичний прилад для отримання збільшених зображень об'єктів (або деталей їх структури), невидимих неозброєним оком. [4]

Рис. 2.1.1 Оптичний мікроскоп

Оптична система мікроскопа складається з основних елементів — об'єктива (рис. 2.1.2) й окуляра (рис. 2.1.3). Вони закріплені в рухливому тубусі, розташованому на металевому підставі, на якому є предметний столик (рис 2.1.5). Збільшення оптичного мікроскопа без додаткових лінз між об'єктивом і окуляром дорівнює добутку їх збільшень. У сучасному мікроскопі практично завжди є освітлювальна система (зокрема, конденсор (рис. 2.1.4) з ірисової діафрагмою), макроі мікрогвинта для настройки різкості, система управління положенням конденсора.

У залежності від призначення, в спеціалізованих мікроскопах можуть бути використані додаткові пристрої та системи.

Об'єктив мікроскопа — мікрооб'єктів являє собою складну оптичну систему, що утворить збільшене зображення об'єкта, і є основною і найбільш відповідальною частиною мікроскопа. Мікрооб'єктів створює дійсне перевернуте зображення, яке розглядається через окуляр.

Рис. 2.1.2 Об'єктив

Окуляр - звернена до ока частина мікроскопа, призначається для розглядання з деяким збільшенням оптичного зображення, що дається об'єктивом мікроскопа.

Рис. 2.1.3 Окуляр

У перших мікроскопах дослідники змушені були користуватися природними джерелами світла. Для поліпшення освітленості стали використовувати дзеркало, а потім — і увігнуте дзеркало, за допомогою якого на препарат направляли промені сонця чи лампи. У сучасних мікроскопах освітлення регулюють за допомогою конденсора.

Конденсор (від лат. Condense — густішає, ущільнюється), короткофокусна лінза або система лінз, використовувана в оптичному приладі для освітлення розглянутого або проектованого предмета.

Рис. 2.1.4 Конденсор

Конденсор збирає і направляє на предмет промені від джерела світла, у тому числі і такі, які в його відсутність проходять повз предмета; в результаті такого «згущення» світлового потоку різко зростає освітленість предмета. Конденсори застосовуються в мікроскопах, в спектральних приладах, в проекційних апаратах різних типів (наприклад, діаскопію, епідіаскопа, фотографічних збільшувач і т.д.).

Найбільш поширений конденсор з двох однакових плосковипуклих лінз. Іноді поверхні лінз конденсора мають складнішу форму — параболоїдального, еліпсоїдальної і т.д. У мікроскопах широко застосовують також дзеркальні і дзеркально-лінзові конденсори. Часто наявність в конденсор декількох лінз викликано необхідністю однорідного освітлення предмету при неоднорідній структурі джерела світла. [5]

Предметний столик виконує роль поверхні, на якій розміщують мікроскопічний препарат. У різних конструкціях мікроскопів столик може забезпечити скоординований рух препарату в поле зору об'єктива, по вертикалі і горизонталі, або поворот препарату на заданий кут.

Рис. 2.1.5 Предметний столик

Перші спостереження у мікроскоп вироблялися безпосередньо над яким-небудь об'єктом (пташине перо, сніжинки, кристали і т.п.). Для зручності спостереження в прохідному світлі, препарат стали розміщувати на скляній пластинці (предметне скло). Пізніше препарат стали закріплювати тонким покривним склом, що дозволило створювати колекції зразків, наприклад, гістологічні колекції

Іммерсійна система (від пізньолат. Immersio — занурення) — оптична система, в якій простір між предметом і першою лінзою заповнено імерсійної рідиною.

В якості останньої застосовують кедрове або мінеральне масло (показник заломлення 1,515); водний розчин гліцерину (1,434); воду (1,333); монобромнафталін (1,656); вазелінове масло (1,503); йодистий метилен (1,741). Оптичні характеристики імерсійної рідини (показник заломлення і дисперсія) входять в розрахунок об'єктивів мікроскопа і враховуються при визначенні оптичних параметрів об'єктива (збільшення тощо). Іммерсія (іммерсійний метод мікроскопічного спостереження) в оптичній мікроскопії - це введення між об'єктивом мікроскопа і розглянутим предметом рідини для посилення яскравості і розширення меж збільшення зображення.

Іммерсійна система — оптична система, в якій простір між першою лінзою і предметом заповнене рідиною. Застосовувана таким чином рідина називається імерсійної. [6]

Переваги імерсійного методу:

1. Виникаючі на поверхнях покривного скла та фронтальної лінзі об'єктиву паразитні відображення істотно менше, ніж у «сухих» об'єктивів, а в деяких випадках паразитні рефлекси можуть бути повністю усунені. Це покращує контраст зображення і дозволяє підняти освітленість препарату без шкідливого впливу на зображення.

2. Товщина шару рідини між об'єктивом і препаратом може змінюватися, і за рахунок цього можна в деяких межах змінювати компенсацію сферичної аберації. [7]

2.2 Електронний мікроскоп

Електронний мікроскоп (рис 2.2.6) — прилад, що дозволяє отримувати зображення об'єктів з максимальним збільшенням від 20 тис. до 5 млн. разів, завдяки використанню, на відміну від оптичного мікроскопа, замість світлового потоку пучка електронів з енергіями. Роздільна здатність електронного мікроскопа в 1000 — 10 000 разів перевершує дозвіл світлового мікроскопа і для кращих сучасних приладів може бути менше одного ангстрема.

Для отримання зображення в електронному мікроскопі використовуються спеціальні магнітні лінзи, що керують рухом електронів в колоні приладу за допомогою магнітного поля. Електронний мікроскоп перевернуть «догори дном» у порівнянні зі світловим мікроскопом. Випромінювання подається на зразок зверху, а зображення формується внизу. Принцип дії електронного мікроскопа по суті той же, що і світлового мікроскопа. Електронний пучок прямує конденсорних лінз на зразок, а отримане зображення потім збільшується за допомогою інших лінз. У верхній частині колони електронного мікроскопа знаходиться джерело електронів — вольфрамова нитка розжарення, подібна до тієї, яка є у звичайній електричній лампочці. На неї подається висока напруга (наприклад, 50 000 В), і нитку розжарення випромінює потік електронів. Електромагніти фокусують електронний пучок. Усередині колони створюється глибокий вакуум. Це необхідно для того, щоб скоротити до мінімуму розсіювання електронів через зіткнення їх з частинками повітря.

Для вивчення в електронному мікроскопі можна використовувати тільки дуже тонкі зрізи або частинки, так як більш великими об'єктами електронний пучок майже повністю поглинається. Частини об'єкта, що відрізняються відносно більш високою щільністю, поглинають електрони і тому на сформованому зображенні здаються більш темними. Для фарбування зразка з метою збільшення контрасту використовують важкі метали, такі як свинець і уран. [8]

Рис 2.2.6 Електронний мікроскоп

Електрони невидимі для людського ока, тому вони направляються на флуоресціюючий екран, який відтворює видиме (чорно-біле) зображення. Щоб отримати фотознімок, екран прибирають і направляють електрони безпосередньо на фотоплівку. Отриманий в електронному мікроскопі фотознімок називається електронна мікрофотографія (Додаток А).

Перевага електронного мікроскопа:

Висока роздільна здатність (0,5 нм на практиці)

Недоліки електронного мікроскопа:

1. Підготовлений до дослідження матеріал повинен бути мертвим, так як в процесі спостереження він знаходиться у вакуумі;

2. Важко бути впевненим, що об'єкт відтворює живу клітину у всіх її деталях, оскільки фіксація та фарбування досліджуваного матеріалу можуть змінити чи пошкодити її структуру;

3. Дорого коштує і сам електронний мікроскоп і його обслуговування;

4. Підготовка матеріалу для роботи з мікроскопом забирає багато часу і потребує високої кваліфікації персоналу;

5. Досліджувані зразки під дією пучка електронів поступово руйнуються. Тому, якщо потрібно детальне вивчення зразка, необхідно його фотографувати.

2.3 Термостат

Термостат (рис. 2.3.1) — прилад для підтримки постійної температури. Підтримання температури забезпечується або за рахунок використання терморегуляторів, або здійсненням фазового переходу (наприклад, танення льоду). Для зменшення втрат тепла або холоду термостати, як правило, теплоізолюють. Але не завжди. Широко відомі автомобільні мотори, де влітку немає ніякої теплоізоляції і за рахунок дії воскових термостатів підтримується постійна температура. [9]

Рис. 2.3.1 Термостат

Іншим прикладом термостата, широко використовуваного у побуті, є холодильник.

У термодинаміці термостатом часто називають систему, що володіє настільки великою теплоємністю, що підводиться до неї тепло не змінює її температуру.

Термостати можна класифікувати по діапазону робочих температур:

1. Термостати високих температур (300−1200° C);

2. Термостати середніх температур (-60−500° C);

3. Термостати низьких температур (менше — 60° C (200 К)) — кріостати.

Термостати можна класифікувати по робочому тілу (теплоносію):

1. Повітряні;

2. Рідинні;

3. Твердотільні (як правило, використовуються елементи Пельтье і віск).

Термостати можна класифікувати по точності підтримки температури:

1.5−10 градусів і гірше, як правило, досягається без перемішування, за рахунок природної конвекції;

2.1−2 градуси (хороша теплова стабільність для повітряних, дуже посередня для рідинних), як правило, з перемішуванням;

3.0,1 градуса (дуже хороша теплова стабільність для повітряних, на рівні кращих зразків, середня для рідинних);

4.0,01 градуса (як правило, досягається в рідинних термостатах спеціальної конструкції), практично неможливо отримати в повітряному термостаті з вентилятором.

Термостати можна класифікувати по області та способом застосування:

1. Промислові термостати;

2. накладні термостати;

3. заглибні термостати;

4. Кімнатні термостати.

Можна виділити два основних способи роботи термостатів:

1. В термостаті підтримується постійною температура теплоносія, що заповнює термостат. Досліджуване тіло при цьому знаходиться в контакті з робочою речовиною і має його температуру. В якості робочих речовин зазвичай використовують повітря, спирт (від — 110 до 60° C), воду (10 — 95° C), масло (-10 — +300° C) та ін

2. Досліджуване тіло підтримується при постійній температурі в адіабатичних умовах (робоча речовина відсутня). Підведення або відведення теплоти здійснюється спеціальним тепловим ключем (у термостатах низьких температур) або ж використовуються електропечі з терморегулятором і масивним металевим блоком, в який поміщається досліджуваний тіло (в термостатах високих температур).

2.4 Калориметр

Калориметр (рис. 2.4.1) (від лат. Calor — тепло і metor — вимірювати) — прилад для вимірювання кількості теплоти, що виділяється або поглинається в якому-небудь фізичному, хімічному або біологічному процесі. Термін «калориметр» був запропонований А. Лавуазье і П. Лапласом (1780).

Сучасні калориметри працюють в діапазоні температур від 0,1 до 3500 До і дозволяють вимірювати кількість теплоти з точністю до 0,01−10%. Пристрій калориметрів дуже різноманітно і визначається характером і тривалістю процесу, що вивчається, областю температур, при яких проводяться вимірювання, кількістю вимірюваної теплоти і необхідною точністю. [10]

Рис. 2.4.1 Калориметр

Калориметр, призначений для виміру сумарної кількості теплоти Q, що виділяється в процесі від його початку до завершення, називають калориметр-інтегратором; Калориметр для вимірювання теплової потужності (швидкості тепловиділення) L і її зміни на різних стадіях процесу — вимірником потужності або калориметр-осцилографом. По конструкції калориметричної системи і методу виміру розрізняють рідинні і масивні калориметри, одинарні та подвійні (диференціальні).

Калориметричні вимірювання дозволяють безпосередньо визначити лише суму теплот досліджуваного процесу і різних побічних процесів, таких як перемішування, випар води, розбивання ампули з речовиною і т.п. Теплота побічних процесів має бути визначена дослідним шляхом або розрахунком і виключена з остаточного результату. Одним з неминучих побічних процесів є теплообмін калориметра з навколишнім середовищем за допомогою випромінювання і теплопровідності. В цілях обліку побічних процесів і насамперед теплообміну калориметричну систему оточують оболонкою, температуру якої регулюють.

2.5 Центрифуга

Центрифуга (рис 2.5.1) — пристрій, (машина або прилад), що служить для поділу сипучих тіл або рідин різного питомої ваги та відділення рідин від твердих тіл шляхом використання відцентрової сили (Додаток Б). При обертанні в центрифузі частинки з найбільшою питомою вагою розташовуються на периферії, а частинки з меншою питомою вагою — ближче до осі обертання.

Центрифуги застосовуються в лабораторній практиці, в сільському господарстві для очищення зерна, видавлювання меду із стільників, виділення жиру з молока (см. сепаратор), в промисловості для збагачення руд, в крахмало-патоковому виробництві, у текстильному виробництві, в пральнях для віджимання води з білизни і т.п. Газові центрифуги зі швидкістю обертання близько 60 000 об. / хв застосовуються для поділу ізотопів урану, які перебувають у газі - гексафторид урану UF6. [11]

Рис 2.5.1 Центрифуга

Центрифуги для лабораторних цілей класифікуються за швидкістю обертання ротора або за сумарним обсягом завантажених зразків.

За обсягом: мікроцентрифузі (обробка пробірок типу eppendorf, 1,5−2,0 мл кожна), общелаборатоние центрифуги (сумарний об'єм зразка близько 0,5л), спеціалізовані центрифуги підвищеного обсягу (зазвичай до 6 л).

Прикладом спеціалізованих центрифуг служать центрифуги для обробки крові. Пристрій такої центрифуги вузько спеціалізовано під одну задачу — обертання поліетиленових контейнерів з кров’ю. У такий центрифуги мотор підвищеної потужності, однак швидкість обертання ротора значно нижче ніж у аналогічної по енергоспоживанню центрифуги. [11]

Слід мати на увазі, що обсяг зразка для центрифуги розраховується при допущенні що його щільність дорівнює 1 г / см І, якщо щільність зразка вище 1,2 г / см І потрібно зменшити обсяг оброблюваного матеріалу, інакше центрифуга може зламатися.

За швидкістю: мікроцентрифузі (обробка пробірок eppendorf, зазвичай не вимагає високих швидкостей) — швидкість до 13 400 об / хв, загальнолабораторні центрифуги — володіють значною універсальністю можуть працювати і з пробірками типу eppendorf та іншими ємностями швидкість обертання ротора від 200 об / хв до 15 000 об / хв, центрифуги з високою продуктивністю вони ж швидкісні - вирішують всі можливі лабораторні завдання (крім ультрацентрифугирования), швидкість обертання їх ротора від 1000 об / хв до 30 000 об / хв. Остання швидкісна категорія — ультрацентрифуги швидкість обертання ротора від 2000 об / хв до 150 000 об / хв.

Якщо ви здатні встановити вашу центрифугу на стіл, то така центрифуга буде настільною, якщо центрифуга велика, має ніжки (ролики) така центрифуга швидше за все підлогова. Підлогові центрифуги вимагають особливої уваги при установці в зв’язку з їх значним енергоспоживанням до 30А при 220 В. Підключати їх можна до системи живлення TT або TN-CS. Підключення до сиcтеми TN-C потенційно небезпечно ураженням електричним струмом. Невірне підключення провідників L і N в системі TN-C неминуче призведе до короткого замикання на корпус і виходу з ладу центрифуги. [11]

2.6 Автоклав

Автоклав (рис 2.7.1) — апарат для проведення різних процесів при нагріванні і під тиском вище атмосферного. У цих умовах досягається прискорення реакції і збільшення виходу продукту. При використанні в хімії або для проведення хімічних реакцій використовують назву хімічний реактор. При використанні в медицині для стерилізації при високому тиску і температурі - тільки автоклав. У разі, якщо стерилізація проводиться при високій температурі, але без тиску, використовують термін стерилізатор або сушильну шафу. Був винайдений Дені Папеном в 1679 році. Автоклав — реактор для гідротермального синтезу. Являє собою циліндричний горизонтальний зварний посудину, герметично закривається сферичними кришками. [11]

Рис. 2.7 Автоклав

Автоклави бувають: обертові, хитні, горизонтальні, вертикальні і колонні. Автоклав являє собою посудину або замкнутий, або з кришкою. При необхідності забезпечуються внутрішніми, зовнішніми або виносними теплообмінниками, механічними, електромагнітними, або пневматичними пристроями, що перемішують і контрольно-вимірювальними приладами для вимірювання і регулювання тиску, температури, рівня рідини і т.п. [6]

Конструкція та основні параметри промислового автоклава різноманітні, ємність від декількох десятків смі до сотень мі, призначаються для роботи під тиском до 150 МН / м І (1500 кгс / смІ) при температурі до 500° C. Для хімічних виробництв перспективні безсальникові автоклави з екранованим електродвигуном, що не вимагає ущільнення. Ротор цього електродвигуна насаджений безпосередньо на вал мішалки і накритий герметичним тонкостінним екраном з немагнітного матеріалу, не перешкоджає проникненню магнітних силових ліній від статора електродвигуна до ротора.

При виробництві будівельних матеріалів застосовують тунельні або тупикові автоклави. Зовні вони представляють із себе трубу 3−6 м в діаметрі і 15−20 м в довжину, що закривається кришкою з байонетним затвором (тупикові з одного боку, тунельні з 2-х сторін). Уздовж по довжині автоклава розташовані рейки для вагонеток з виробами. Автоклави обладнані магістралями для впуску насиченої пари, перепуску відпрацьованої пари в інший автоклав, випуску пари в атмосферу або в утилізатор і для конденсатоотвода.

У харчовій промисловості використовуються вертикальні і горизонтальні автоклави широкого спектру різновидів, розмірів і принципів дії. Наприклад, у горизонтальних автоклавах для харчової промисловості може створюватися необхідне протитиск по відношенню до кожної окремо взятої упаковці з продуктом, що дозволяє проводити стерилізацію продуктів не тільки в жорсткій тарі (склобанка, жестебанки), але і в м’якій і полужесткой упаковці.

При звичайних умовах нагрів води вище точки кипіння неможливий. Як тільки температура досягає 100° C, вода перестає нагріватися. Це відбувається через інтенсивне випаровування води в процесі її нагрівання. Якщо вода кип’ятиться довго, то вона повністю переходить в пар.

Коли вода або рідина кип’ятиться в автоклаві, підвищується точка кипіння. Як тільки температура супу або пюре досягає 90° C, починається інтенсивне випаровування. Водяна пара, будучи, по суті, газом, створює надлишковий тиск у поєднанні з температурою, що призводить до зупинки випаровування. Чим вище температура, тим вище тиск у системі. Тепло, що генерується при підвищенні тиску, називається латентним теплом і має велику проникаючу силу в структуру мікроорганізмів, руйнуючи їх у навіть пасивному стані - в суперечках. Подібний процес легко досяжний при приготуванні твердих непещеристих продуктів. У разі приготування губкоподібної, печеристих продуктів, слід вибирати систему з глибоким вакуумуванням танка. Залишковий вміст кисню може сприяти захисту бактерій від руйнування, створюючи термоізоляцію для їх оболонок. Сучасні автоклави використовують фракційне вакуумування, яке видаляє кисень в кілька циклів, забезпечуючи 100% проникнення пари в процесі стерилізації та гомогенізації продукту. [7]

2.7 Біореактор

Біореактор (рис. 2.8.1) — прилад, який здійснює перемішування культурального середовища в процесі мікробіологічного синтезу. (Додаток В)

Застосовується в біотехнологічної промисловості при виробництві лікарських і ветеринарних препаратів, вакцин, метану, продуктів харчової промисловості (ферменти, харчові добавки, глюкозні сиропи), а також при біоконверсії крохмалю та виробництві полісахаридів і нефтедеструкторов. [13]

Рис. 2.8.1 Біореактор

Розрізняють механічні, аерліфтний і газо-вихрові біореактори, а також аеробні (з подачею повітря або газових сумішей з киснем), анаеробні (без подачі кисню) і комбіновані - аеробно-анаеробні. В останньому випадку в комбінованому біореакторі проводять культивування як аеробних, так і анаеробних культур одночасно. Зазвичай це застосовується для отримання біогазу, коли тепловиділення в аеробному процесі використовують для підігріву анаеробної культури.

Призначенням всякого біореактора є створення оптимальних умов для життєдіяльності культивованих в ньому клітин і мікроорганізмів, а саме забезпечувати дихання, підведення живлення і відведення метаболітів шляхом рівномірного перемішування газової і рідкої складових вмісту біореактора. При цьому небажано піддавати клітини тепловому або механічного впливу.

У механічному біореакторі перемішування здійснюється механічною мішалкою, що призводить до недостатньо рівномірному перемішуванню з одного боку, і до загибелі мікроорганізмів з іншого.

У аерліфтний біореактор перемішування здійснюється за рахунок продувки газової фази через рідину (барботажне перемішування), що не завжди забезпечує досить інтенсивне перемішування і призводить до небажаного піноутворення.

У біореакторі газовихрового типу перемішування здійснюється квазістаціонарним потоком з осьовим протитечією, який створюється аеруючими газовим вихором за рахунок перепаду тиску над поверхнею і сили тертя повітряного потоку об поверхню суспензії. [14]

Висновки

Лабораторне обладнання відіграє вирішальну роль в дослідженні біологічних структур.

Мікроскопіювання за допомогою оптичного мікроскопа є ефективним методом дослідження таких біологічних структур як клітина та деякі клітинні органели.

Мікроскопіювання за допомогою електронного мікроскопа є ефективним методом дослідження таких біологічних структур як крупні біомолекули.

Термостат є невід'ємною частиною будь-якої біологічної лабораторії. За його допомогою вирощують великі колонії мікроорганізмів одного або декількох штамів.

Калориметр дозволяє досліджувати енергетичні процеси, які відбуваються у клітині.

Центрифуги використовуються для розділення суміші на фракції, що важливо, наприклад, при дослідженні та аналізі крові.

Продуктом ферментації у біореакторі є або культура потрібних мікроорганізмів, або продукти їх метаболізму.

Ці прилади відіграють значну роль у біотехнології.

Список літератури

1. Крутов В. И., Грушко И. М., Попов В. В. Основы научных исследовании: Учеб. для техн. вузов. — М.: Высшая школа, 1989. — 400 c.

2. Баскаков А. Я., Туленков Н. В. Методология научного исследования: Учебное пособие. -К: МАУП, 2004. -216 с.

3. Крушельницька О. В. Методологія та організація наукових досліджень: Навчальний посібник. — К.: Кондор, 2003. — 192 с.

4. Ландсберг Г. С. § 115. Микроскоп // Элементарный учебник физики. — 13-е изд. — М.: Физматлит, 2003. — Т.3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. — С.298−300. — 656 с.

5. Довідник «Конденсатори» М. «Радио и связь» 1987.

6. Носов О. Н. Оптоелектроніка.М. «Вища школа». 1976.

7. Егорова О. В. С микроскопом на «ты». Шаг в XXI век. М., 2006.

8. БСЭ. Стаття «Цитология»

9. Автоклав // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890−1907.

10. Інтернет ресурс http://ru. wikipedia.org/

11. Інтернет ресурс http://meduniver.com

12. Виноградов Ю. В. «Основи електронної та напівпровідникової техніки». Изд.2-е, доп.М., «Енергія», 1972 р. — 536 с.

13. Тихонов С. Н. «Електротехніка для початківців» М. «Військове видавництвоміністерства оборони СРСР «1969р

14. Albert L. Lehninger/Ленинджер А.Л. — Principles of Biochemistry/Основы биохимии, Москва «Мир»

15. ДОДАТКОВА Література

16. Вербина Н. М., Каптерёва Ю. В. Микробиология пищевых производств. — М.: изд. ВО «АГРОПРОМИЗДАТ», 1988.

17.

Введение

в цитологию: Ред. Михайлова В. П., Ленинград «Медицина», 1968 г.

18. Боген Г., Современная біологія. — М.: Мир, 1970 г.

Додаток А

Електронна мікрофотографія

Додаток Б

Зображення центрифуги

Додаток В

Зображення біореактора