Главная    Теория    Эволюция и изобретатель
Описание работы с изобретением в стиле "научный туризм с разговорчивым гидом"
Новые идеи, которые появились в процессе поиска продуктов-родственников
Новые идеи, которые появились при составлении первой иерархии АТИ
Новые идеи, которые появились при составлении второй иерархии АТИ

Эволюция и изобретатель

Г. Зайниев

Глава 6. Сборное тело составленное из малых тел соединенных молекулярными мостиками (ТММ)

Введение

В этой главе, я привожу сокращенный перевод нескольких фрагментов предварительной патентной заявки на изобретение, которую мы подали совместно с моим соавтором Ликой Зайниевой в 2004 году. В таком виде это не более чем иллюстрация возможностей предлагаемого подхода. Содержание заявки по уровню общности представляет собой материал для суперинкубатора. Концепция и еще один пример суперинкубатора описаны в части 4.

Концепция сборного тела составленного из малых тел соединенных молекулярными мостиками (ТММ).

Если описать ТММ нормальным языком без претензий на общность, то можно сказать, что оно представляет собой конгломерат тел различных форм, размеров и природы сшитых друг с другом молекулярными мостиками. Эти мостики образованы молекулами, иммобилизованными на поверхности этих тел. Чтобы получилось ТММ, надо обратимо сблизить эти тела до контакта и поместить в условия, когда между телами появятся молекулярные мостики. Это возможно только в том случае, если молекулы пришитые к поверхности разных тел способны специфически узнавать друг друга и образовывать прочные связи. Если молекулы не узнают друг друга, то после выключения сил, которые удерживали эти тела вместе, конгломерат развалится.

Различные варианты системы ТММ (сборное тело составленное из малых тел соединенных молекулярными мостиками) построены из ПТИ-ПТС показанных на следующем рисунке.

Некоторые применения концепции ТММ

1. Упаковка для дозы суспензии наночастиц. Если сборку ТММ осуществить в растворе, который содержит во взвешенном состоянии наночастицы, то после формирования ТММ указанные наночастицы вместе с раствором будут находится в порах ТММ. Фактически, ТММ превратится в пористое тело, которое работает как сосуд. Для освобождения наночастиц достаточно обработать ТММ таким образом, чтобы специфические молекулярные мостики распались. Например, если молекулярные мостики были сделаны из молекул ДНК, то обработка ферментами, которые специфически режут ДНК, разделит ТММ на отдельные микротела, которые можно удалить из раствора. Если ТММ было построено из парамагнитных микрошариков, на поверхности которых иммобилизованы молекулы ДНК (это стандартный продукт и инструмент в молекулярной биологии), то их можно будет удалить с помощью обычного магнитного сепаратора.

2. "Склеивание" двух поверхностей. Два тела можно контролируемо и обратимо соединить друг с другом, если между их поверхностями поместить множество микрочатиц (например, шариков) способных объединится в ТММ. Необходимо сблизить эти частицы так, чтобы они касались друг друга и образовать молекулярные мостики между ними и между ними и поверхностями этих тел. Фактически, образованное таким образом ТММ сработает как клей, соединяющий эти поверхности. В отличие от обычного клея это будет обратимое соединение, которое можно разрушить специфическим воздействием на молекулярные мостики. Большим преимуществом этого способа является то, что соединяемые поверхности могут быть произвольно шершавыми и расстояние между поверхности может быть практически любым, что невозможно при использование жидкого клея. Если размеры шариков образующих ТММ меньше неровностей поверхности, то соединение должно получиться прочным.

3. Фильтрование и изготовление фильтров. Метод включающий:

" использование плоского тела содержащего сквозные отверстия, которые позволяют заполнить эти отверстия подходящим материалом;

" покрытие поверхности этого тела слоем представляющим собой ТММ;

" удаление указанного материала из указанных отверстий;

" получение в результате предыдущих действий отверстий в теле, которые закрыты слоем пористого ТММ, который может функционировать как фильтр.

Поверхность тел образующих указанное ТММ может быть покрыта такими молекулами, которые будут специфическим образом обрабатывать жидкость проходящую сквозь указанный ТММ-фильтр.

4. Сенсоры. Одноразовый разрушаемый сенсор, представляющий собой ТММ построенное с помощью специфических молекулярных мостиков из молекул-мишеней. Если в тестируемом растворе есть молекулы-мишени, то они в процессе постреония ТММ замкнутся в мостики так, чо это ТММ, после того как формообразующие силы будут выключены, не развалится на отдельные тела.

5. Пористое покрытие. Шершавую поверхность можно превратить в гладкую, если между ней и другой гладкой поверхностью построить ТММ из микротел, при условии что эти тела не будут пришиваться мостиками к этой гладкой поверхности. В этом случае эта гладкая поверхность будет работать только как формообразующая сила. Возможны различные применения такой контролируемо пористой и гладкой поверхности, например, на ней можно печатать с помощью инкджет принтера.

6. Многодырчатая фильера для экструзии микро и нано волокон. ТММ построенное из последовательных слоев микро шариков разного диаметра так, что каждый слой содержит шарики одинакового размера, и каждый следующий слой содержит шарики большего диаметра. Поры между самыми маленькими шариками первого слоя работают как отверстия фильеры, которые определяют диаметр экструдированных фибрилл, которые попадают в пространство между шариками остальных слоев.

Примеры воплощения концепции.

1. Одноразовый, разрушаемый сенсор-фильтр.

Сенсор представляет собой ТММ построеное из обычных (немагнитных и немеченных специфическими метками типа радиоактивности или флуоресценции) микрошариков, между поверхностями которых в присутствии молекул-мишеней образуются молекулярные мостики.

Простейшим вариантом такого сенсора может быть следующий. Отверстие в каком-либо теле заполнено шариками способными объединится в ТММ таким образом, что если сквозь это отверстие пропускать тестируемый раствор, то жидкость будет проходить между микрошариками. Если в растворе есть молекулы-мишени, то между микрошариками возникнут молекулярные мостики, и все шарики сошьются в ТММ. После того как весь раствор пропущен через отверстие, надо механически вытолкнуть из него все шарики. Если в тестируемом растворе были искомые молекулы-мишени, то из отверстия выпадет ТММ в виде палочки. Если молекул мишеней не было, то все шарики разойдутся в жидкости так, что получится суспензия микро шариков в жидкости. Биологическая аналогия - запор и понос, извините за конкретность.

2. Обратимый молекулярный мостик между твердыми микротелами.

Эта концепция показывает новый потенциально большой рынок применений для длинных и гибких полимерных молекул (например, ДНК, РНК, белки).

Один из способов получения длинных белков молекул, которые можно использовать в качестве молекулярных мостиков это синтетические полипептиды, описанные в патенте США 6639050 "Synthetic genes for plant gums and other hydroxyproline-rich glycoproteins"

Белки описанные в этой работе могут состоять из тысяч аминокислот и соответственно достигать в длину нескольких микронов. Такая длина молекулы мостика сравнима с диаметрами шариков, из которых можно построить ТММ. Метод описанный в этом патенте позволяет получать белки различной длины от нескольких до тысяч аминокислот.

Существует возможность получения антител против тех аминокислот, которые находятся на концах такой длинной молекулы. Такую длинную белковую молекулу можно одним концом иммобилизовать на поверхность микротел, которые затем использовать для построения ТММ.

На поверхность этих микротел необходимо также иммобилизовать антитела против свободного конца длинной белковой молекулы, которая другим концом пришита к поверхности микротела.

При встречи таких шариков антитело захватит конец длинной молекулы и между шариками образуется молекулярный мостик.

Различные варианты связывания показаны на следующем рисунке. Обратите внимание, что длины мостиков могут быть разными

Один из способов применения ТММ составленного из микротел соединенных молекулярными мостиками разной длины.

На следующем рисунке показано, что при медленном деформировании такого ТММ связи между микротелами могут разрываться и затем вновь образовываться. Это значит что при малых скоростях деформации такое ТММ будет очень пластичным и ему можно будет придать любую форму

Концепция построения линейного ТММ с предопределенными характеристиками для выполнения различных функций

На рисунке показаны возможные последовательные шаги деформирования ТММ, которое могло иметь любую исходную форму, в линейное тело, Например, так может быть сформирована линейная цепочка микрошариков, которые по аналогии можно назвать микробусы.

Концепция построения монослойного микро- или нано-фильтра (мембраны), с предопределнными характеристиками, встроенного поперек сечения канала

На рисунке показаны последовательные шаги формирования такого монослойного фильтра.

Концепция построения различных ТММ, с предопределенными характеристиками

В гибридной ПТИ-ПТС жидкость поступает в канал сверху и упирается в ТММ, часть которого находящаяся внутри канала, работает как пробка, заполняет в ней все поры, но пройти насквозь не может. Часть ТММ, которая находится снаружи канала имеет большую поверхность контакта с окружающей средой. Если на поверхности микротел, из которых составлено ТММ иммобилизованы катализаторы, которые преобразуют жидкость поступающую в канал в легкоиспаряющуюся жидкость, то она будет улетучиваться с наружной поверхности ТММ.

Таким образом, это не пробка, потому что в канал сверху может непрерывно поступать жидкость, которая затем куда-то девается. Это не фильтр, потому что сквозь него жидкость не проходит. Это не жидкостный фикс бэд реактор, потому что хотя жидкофазные реакции внутри пор ТММ происходят, но сквозь ТММ жидкость не проходит.

Это гибрид пробки, фильтра и реактора, потому что, если снаружи поставить дистиллятор, то пары сконденсируются и мы получим на выходе жидкость.

Можно обсуждать необходимо ли для того, чтобы строго называть эту систему гибридом, еще включить в нее конденсирующее устройство, которое может быть выполнено как ТММ, у которого большая внутренняя поверхность, и если оно холодное, то пары будут в нем конденсироваться.

В этом случае мы получим ТММ, которое работает с потоком жидкости обеспечивая разными участками тела функции пробки, фильтра, реактора и конденсатора.

Существенно, что ни одна из этих функций не может быть отделена от остальных. Для участка под ТММ в канале это пробка. Внутри ТММ это жидкофазный каталитический реактор. В холодной части ТММ - это конденсатор. (Например, внутри ТММ есть большая полость, в которой скапливаются пары, которые затем конденсируются в той части ТММ, которая находится достаточно далеко от той, где идет реакция). И наконец, на выходе из ТММ это фильтр, потому что если жидкость на входе имела взвешенные твердые частицы, то в конденсате их уже не может быть. Все эти функции обеспечены разными частями одного конгломерата частиц и отделить их друг от друга невозможно.

Я, кстати, читал в детстве, что люди живущие в районе Гибралтарского пролива имеют у себя во дворах огромные кучи булыжников, для того чтобы пары воды (тумана) за ночь охлаждаясь на поверхности этих камней конденсировались и стекали вниз в виде чистой пресной воды.

Применение ТММ в качестве многодырчатой фильеры для экструдирования микро- и нано- фибрилл

Я не буду повторно описывать первичное изобретение исследованное в главах 5А и 5Б. Отмечу только, что оно совершенно естественным образом может быть представлено как ТММ.

Предварительная формула изобретения

Предварительная формула изобретения написана по правилам патентования в США и разделена на отдельные утверждения, которые здесь названы клэймами (claim).

Клэйм 1.

Сборное тело составленное из малых тел соединенных молекулярными мостиками (ТММ), построенное путем комбинаторики следующих (или части их) простых технических систем (ПТИ-ПТС):

" ПТИ-ПТС - "молекула", которая представляет собой комбинацию двух или более атомов, которые удерживаются вместе ковалентными связями.

" ПТИ-ПТС - "твердое тело". "Твердое" означает такое состояние вещества, которое можно охарактеризовать определнными формой и объемом (другими словами, тело в таком состоянии сопротивляется изменению формы и объема). Внутри твердого тела атомы и/или молекулы расположены сравнительно близко друг к другу так что обеспечивают "твердость" тела. Однако это не означает, что тело не может быть деформировано или сжато. В твердом теле атомы имеют фиксированное пространственное расположение.

" ПТИ-ПТС - "Молекулярный комплекс построенный из двух "молекул-партнеров", который представляет собой комплекс из двух молекул способных высоко-специфически узнавать друг друга и образовывать прочный комплекс. Примеры: антиген-антитело, авидин-биотин и другие.

" ПТИ-ПТС "Молекула имобилизованная на поверхности твердого тела"

" ПТИ-ПТС "Два твердых тела содиненных молекулярным мостиком, который образован молекулой, один конец которой иммобилизован на поверхности одного тела, а другой - на поверхности другого.

" ПТИ-ПТС "Два твердых тела содиненных молекулярным мостиком, который образован молекулярным комплексом между двумя молекулами-партнерами так, что свободный конец одной молекулы иммобилизован на поверхности одного тела, а другой - другого

Клэйм 2.

Указанное ТММ представляет собой сборное тело составленное из твердых тел различных форм, размеров и природы соединенных молекулярными мостиками, образованными молекулами, иммобилизованными на поверхности этих тел. Указанное ТММ собрано из указанных тел с помощью "формообразующих сил", которые обратимо сближают указанные тела и позволяют образоваться указанным обратимым молекулярным мостикам между указанными телами. Указанные молекулярные мостики образованы двумя молекулами способными специфически связываться друг с другом. Если указанные молекулярные мостики между указанными телами не образуются, то после выключения формообразующих сил указанные тела разъединятся.

Клэйм 3.

Метод сборки указанных ТММ из тел различной формы, размера и природы включающий:

" Использование указанных макро и микро тел;

" Использование контролируемых формообразующих сил, которые можно выключить после того как процесс сборки указанных ТММ завершен;

" Обратимое сближение указанных тел с помощью указанных формообразующих сил

" Использование пар молекул-пратнеров, которые представляют собой молекулы способные специфически связываться друг с другом. Примеры молекул-партнеров: биотин и авидин или стрептавидин; IgG и протеин A; множество известных пар типа рецептор-лиганд; множество пар белок, который специфически связывается с определнной нуклеотидной последовательностью, и эта последовательность; комплементарные полинуклеотидные цепи; и тому подобное.

" Образование обратимых молекулярных мостиков между указанными телами с помощью молекулярных комплексов молекул-партнеров. Одна из молекул-партнеров иммобилизована на поверхности одного тела, а другая - на поверхности другого, или обе молекулы иммобилизованы на части или на всей поверхности обоих тел.

" Выключение формообразующих сил и проверка образовались молекулярные мостики или нет. Если указанные мостики не образовались то указанные тела разъединятся.

Клэйм 4

Объединение указанных тел в указанное ТММ не приводит к необратимым изменениям каких-либо хараткеристик указанных тел; различные части указанных ТММ могут удерживаться вместе молекулярными мостиками различной природы, что позволяет разбирать эти мостики последоватльно используя различные воздействия на указанные ТММ.

Клэйм 5

Указанное ТММ построенное из макро и микро тел с помощью молекулярных мостиков из молекул ДНК синтезированных с помощью метода ПЦР (полимеразная цепная реакция) в условиях описанных в патенте США № 6221635

Клэйм 6

" Одноразовый, разрушаемый сенсор, который представляет собой ТММ содержащий молекулярные мостики образованные одной или несколькими "молекулами-мишенями". Указанный сенсор должен сохранять форму и размеры после выключения формообразующих сил в том случае, если указанные молекулы-мишени присутствовали в тестируемом растворе. Если указанных молекул-мишеней в тестируемом расторе не было, то указанный сенсор должен самопроизвольно развалиться на образующие его тела после выключения формообразующих сил.

" Одноразовый, разрушаемый сенсор, который представляет собой ТММ построенный из частичек (например, шариков) микро и нано размеров обратимо сближенных до контакта указанными формообразующими силами, который созданы сосудом, в котором эти частички находятся.

" Одноразовый, разрушаемый сенсор, который представляет собой ТММ построенный из указанных частичек; формообразующие силы созданы стенками сосуда, в котором эти частички находятся

Клэйм 7

Одноразовый, разрушаемый сенсор, который представляет собой ТММ построенный из указанных частичек; формообразующие силы созданы стенками сосуда, в котором эти частички находятся. Поверхность указанных шариков покрыта ДНК праймерами, которые специфически взаимодействуют с ДНК молекулами-мишенями присутствующими в тестируемом растворе таким образом, что указанные ДНК молекулы будут амплифицироваться методами полимеразной цепной реакции (ПЦР) в условиях, которые описаны в патенте США № 6221635 и создавать молекулярные мостики между указанными частицами. Прикладывая к ТММ внешнюю разрушающую силу можно определить образовались или нет указанные мостики, что покажет наличие или отсутствие в тестируемом растворе искомых ДНК молекул-мишеней.

Клэйм 8

Одноразовый, разрушаемый сенсор, который представляет собой ТММ построенный из указанных частичек; формообразующие силы созданы стенками сосуда, в котором эти частички находятся. Поверхность указанных шариков покрыта антителами против молекул находящихся на поверхности вирусов или клеток (например, бактерий), которые могут присутствовать в тестируемом растворе. ТММ строится таким образом что указанные антитела создают молекулярные мостики между указанными частичками входящими в состав ТММ и вирусами и/или клетками. Прикладывая к ТММ внешнюю разрушающую силу можно определить образовались или нет указанные мостики, что покажет наличие или отсутствие в тестируемом растворе искомых вирусов и/или клеток.

Клэйм 9

Одноразовый, разрушаемый сенсор, который представляет собой ТММ построенный из указанных частичек; формообразующие силы созданы структурой внутреннего пространства пор пористого тела, которое заполнено суспензией этих частичек и таким образом служит сосудом в который они помещены.

Клэйм 10

Одноразовый, разрушаемый сенсор, который представляет собой ТММ построенный из указанных частичек; формообразующие силы созданы структурой внутреннего пространства пор пористого тела, которое заполнено суспензией этих частичек и таким образом служит сосудом, в который они помещены. Поверхность указанных шариков покрыта антителами против молекул, находящихся на поверхности вирусов или клеток (например, бактерий), которые могут присутствовать в тестируемом растворе. ТММ строится таким образом, что указанные антитела создают молекулярные мостики между указанными частичками, входящими в состав ТММ, и вирусами и/или клетками. Прикладывая к ТММ внешнюю разрушающую силу можно определить образовались или нет указанные мостики, что покажет наличие или отсутствие в тестируемом растворе искомых вирусов и/или клеток

Клэйм 11

Одноразовый, разрушаемый сенсор, который представляет собой ТММ построенный из указанных частичек; формообразующие силы созданы структурой внутреннего пространства пор пористого тела, которое заполнено суспензией этих частичек и таким образом служит сосудом, в который они помещены. Поверхность указанных шариков покрыта ДНК праймерами, которые специфически взаимодействуют с ДНК молекулами-мишенями присутствующими в тестируемом растворе таким образом, что указанные ДНК молекулы будут амплифицироваться методами полимеразной цепной реакции (ПЦР) в условиях, которые описаны в патенте США № 6221635 и создавать молекулярные мостики между указанными частицами. Прикладывая к ТММ внешнюю разрушающую силу можно определить образовались или нет указанные мостики, что покажет наличие или отсутствие в тестируемом растворе искомых ДНК молекул-мишеней

Клэйм 12

Указанные сенсоры, которые используя жидкую пробу представляющую собой раствор различных предопределенных молекул или частичек способны обнаруживать такие молекулы которые могут построить молекулярные мостики способные удерживать указанные ТММ в целостном состоянии.

Клэйм 13

Указанные сенсоры, которые используя жидкую пробу представляющую собой раствор различных предопределенных молекул или частичек способны обнаруживать такие молекулы, которые могут специфически разрезать или другим образом разрушать молекулярные мостики которые удерживать указанные ТММ в целостном состоянии.

Клэйм 14

Указанные сенсоры, которые, используя жидкую пробу, представляющую собой раствор различных предопределенных молекул или частичек, способны оценивать концентрацию таких молекул, которые могут специфически разрезать или другим образом разрушать молекулярные мостики, которые удерживают указанные ТММ в целостном состоянии.

Клэйм 15.

Метод улавливания и удержания свободных микрочастичек, которые не входят в состав ТММ внутри пор ТММ, который включает построение указанного ТММ в присутствии суспензии указанных микрочастичек.

Клэйм 16.

Метод скрепления тел, который включает построение ТММ с целью скрепления (соединения) двух тел за счет построения ТММ между поверхностями этих тел таким образом, что указанные тел становятся частями этого ТММ.

Клэйм 17.

Метод изготовления фильтров, включающий:

" использование плоского тела содержащего сквозные отверстия, которые позволяют заполнить эти отверстия подходящим материалом;

" покрытие поверхности этого тела слоем представляющим собой ТММ;

" удаление указанного материала из указанных отверстий

" получение в результате предыдущих действий отверстий в теле, которые закрыты слоем пористого ТММ, который может функционировать как фильтр.

Поверхность тел образующих указанное ТММ может быть покрыта такими молекулами, которые будут специфическим образом обрабатывать жидкость проходящую сквозь указанный ТММ-фильтр.

Клэйм 18.

Метод покрытия и создание пористых покрытий включающий превращение шершавой поверхности в гладкую за счет построения ТММ на поверхности этой шершавой поверхности следующим образом. Построение ТММ между двумя поверхностями одна из которых шершавая а другая гладкая таким образом , что только тело с шершавой поверхностью становится частью указанного ТММ

Клэйм 19.

Метод покрытия поверхности пористым слоем представляющим собой ТММ. Такая поверхность может быть использована для разных целей, например, для печатания на ней текстов и изображений с помощью, например, ink jet printer.

Клэйм 20.

Многодырчатая фильера для экструзии фибрилл представляющая собой ТММ построенное из последовательных слоев частичек, например, шариков разного диаметра так, что каждый слой содержит шарики одинакового размера, и каждый следующий слой содержит шарики большего диаметра. Поры между шариками первого слоя работают как отверстия фильеры, которые определяют диаметр экструдированных фибрилл, которые попадают в пространство образованное промежутками между шариками остальных слоев. Формообразующими силами для образования такого ТММ могут быть стенки камеры заполненой указанными частичками (шариками)

Клэйм 21.

Метод экструзии микро и нано фибрилл и получения микро щеток с микро и нано щетинками с помощью устройства описанного в клэйме 20.

Продолжение следует


Главная    Теория    Эволюция и изобретатель