Instalación para la electroporación de producto de proceso biológicamente vegetal.

Instalación para la electroporación de frutas, bayas, cañas y raíces sumergidos en un líquido de proceso,

elproducto de proceso biológicamente vegetal, que está constituida por una cámara de reactor con dos grupos deelectrodos opuestos entre sí en ella, que están conectados en la salida de una fuente de energía eléctrica que sepuede descargar por impulsos, para generar campos eléctricos impulsados en la cámara de reactor entre los dosgrupos de electrodos, cuyos campos alcanzan, en cada caso, una intensidad de campo tal que las células biológicasde un producto de proceso expuestas, al menos una vez, a tal campo eléctrico impulsado se abren, se electroporan,de forma irreversible, caracterizada porque la fuente de energía está constituida eléctricamente bipolar y estáconstituida por el menos un generador de impulsos de alta tensión bipolar con dos salidas de alta tensión, quecontactan, respectivamente con uno de los dos grupos de electrodos, de maneras que en el caso de variosgeneradores de impulsos de alta tensión bipolar, los mismos están constituidos iguales y en el caso de al menos dosgeneradores de impulsos de alta tensión, los mismos están provistos, respectivamente, con una instalación dedisparo para el encendido simultáneo determinado en el tiempo, los dos grupos de electrodos están constituidos,respectivamente, por al menos un electrodo parcial y, por lo tanto, existe al menos una pareja de electrodos polares,entre la cual se puede formar el campo eléctrico impulsado necesario para la electroporación, de manera que unelectrodo parcial está conectado solamente en una salida de alta tensión y el circuito de carga conectado en lasalida de un generador de impulsos de alta tensión es igual en su impedancia compleja a la de un circuito de cargaconectado en otro generador de impulsos de alta tensión de la fuente de energía, en el caso de que la fuente deenergía esté constituida por al menos dos generadores de impulsos de alta tensión, los mismos están desacopladosdurante la descarga uno del otro a través de las resistencias electrolíticas formadas a través del líquido de procesoentre los electrodos parciales.

Instalación para la electroporación de producto de proceso biológicamente vegetal.

La invención se refiere a una instalación para la electroporación de frutas, bayas, cañas y raíces sumergidas en un líquido de proceso. Estos productos biológicamente vegetales se designan aquí como producto de proceso. La instalación está constituida por una cámara de reactor con dos grupos de electrodos opuestos entre sí en ella, que están conectados en la salida de una fuente de energía eléctrica, que se puede descargar en forma de impulsos, para generar campos eléctricos impulsados en la cámara de reactor entre los dos grupos de electrodos. A este respecto, se consigue temporalmente en cada caso una intensidad de campo, de tal manera que las células biológicas del producto de proceso, que se expone al menos una vez a tal campo eléctrico impulsado, se abren de forma irreversible. Este proceso de la generación de poros en material celular biológico se designa como electroporación, o bien una célula de este tipo es electroporada. Con corrientes de masas grandes, esto es una disgregación celular economizadora de energía de este producto de proceso biológico.

Para la electroporación de tales corrientes de masas grandes que deben procesarse industrialmente es necesaria, por una parte, una sección transversal suficientemente grande del transportador y, por otra parte, debe garantizarse sobre una longitud determinada a lo largo de la dirección de transporte una intensidad de campo suficientemente grande para la electroporación sobre todo el volumen dispuesto allí. Para secciones transversales grandes del transportador, son necesarias a tal fin superficies de electrodos comparativamente grandes, que implican una corriente eléctrica grande, que no se puede aplicar, en absoluto, de forma económica desde un generador Marx. Por razones de seguridad, la entrada y la salida del producto de proceso deben estar situadas a una distancia suficientemente grande de la zona de electroporación en potencial de masa.

En el caso de la impulsión monopolar (por ejemplo, Schultheim: “Development of an industrial electroporation device” Informe de la 25th International power modulation symposium, IEEE, 2002) , una corriente de fuga hacia los electrodos de tierra por debajo de la superficie del agua conduce a pérdidas elevadas. Hasta ahora se emplean electrodos pequeños de forma circular con campo fuertemente inhomogéneo, que han sido impulsados desde generados Marx de marcha libre. A través del campo inhomogéneo no se consigue la intensidad de campo mínima necesaria para la electroporación sobre todo el intervalo necesario de temperaturas en todas las zonas del reactor. Como consecuencia de la geometría redonda de los electrodos y de la impulsión no sincronizada, se producen pérdidas elevadas del campo marginal. La impulsión del producto de proceso en un campo homogéneo es estado de la técnica, pero hasta ahora se realiza con una tensión muy reducida y, por lo tanto intensidad de campo-E y con impulsos prolongados en el tiempo.

El funcionamiento aislado del generador Marx, aplicado en un prototipo de instalación propio de la sociedad “Mobile KEA”, tiene el inconveniente de que como consecuencia de asimetrías del producto de proceso de electroporación, las tensiones parciales en las dos salidas frente a masa pueden adoptar valores más elevados que la mitad de la tensión de salida. El aislamiento debe diseñarse, por lo tanto, para más que la mitad de la tensión del generador, en el caso más desfavorable para toda la tensión del generador. En el caso del generador Marx puesto a tierra en el centro, la sonda de medición de la corriente se puede incorporar de manera ventajosa cerca de esta toma de tierra y entonces solamente debe aislarse para una tensión comparativamente reducida. En el caso de potencial central oscilante, como en el generador accionado aislado, debe tolerarse un gasto de aislamiento elevado para la sonda de medición de la corriente.

La invención tiene el problema de preparar un campo eléctrico impulsado de forma repetida, homogéneo en amplias zonas, de alta intensidad de campo y corta duración del impulso en un medio conductor para la electroporación industrial de corrientes de masas grandes en un volumen correspondientemente grande de una manera energéticamente eficiente y funcionalmente segura.

El problema se soluciona por medio de una instalación para la electroporación con los rasgos característicos de la reivindicación 1. La fuente de energía de la instalación está constituida eléctricamente bipolar. Está constituida por al menos un generador de impulsos de alta tensión bipolar con dos salidas de alta tensión, que contactan, respectivamente, con uno de los dos grupos de electrodos. En el caso de varios generadores de impulsos de alta tensión bipolar, estos están constituidos con la misma estructura. Y al menos en el caso de dos, pero también de más de dos generadores de impulsos de alta tensión, los mismos están provistos, respectivamente, con una instalación de disparo para encenderlos al mismo tiempo en el instante predeterminado. En el caso de un solo generador de impulsos de alta tensión, se puede suprimir la instalación de disparo cuando los trayectos de las chispas del generador de impulsos se extienden en la propia abertura. Si con una tensión de carga suficiente debe encenderse, determinado por el tiempo, también un generador de impulsos, entonces también es necesaria a tal fin la instalación de disparo.

Los dos grupos de electrodos están constituidos en cada caso por al menos un electrodo parcial. Por lo tanto, existe al menos una pareja de electrodos parciales, entre la cual se puede formar el campo eléctrico impulsado necesario para la electroporación. En este caso, un electrodo parcial está conectado solamente en una salida de alta tensión y nunca en varias salidas de alta tensión. A la inversa, una salida de alta tensión está conectada en al menos un electrodo parcial. Para los trabajos previstos de la instalación de electroporación es importante que el circuito de carga conectado en la salida de un generador de impulsos de alta tensión sea en su impedancia compleja igual al circuito de carga conectado en otro generador de impulsos de alta tensión de la fuente de energía. Es decir, que las inductividades así como las resistencias óhmicas, incluidas las porciones del producto de proceso, son casi iguales en todos los circuitos de corrientes parciales, de manera que resultan desarrollos de curvas iguales. De esta manera, durante la descarga. Se puede mantener el desacoplamiento mutuo de los generadores de impulsos. Los al menos dos generadores de impulsos de alta tensión de la fuente de energía están desacoplados uno del oto durante la descarga a través de las resistencias electrolíticas formadas por el líquido de proceso entre los electrodos parciales. El electrolito es el líquido de proceso junto con eventuales porciones de solución, en el que circula el producto de proceso. En una instalación bien ajustada, la porción inductiva de las impedancias de los circuitos de corriente parciales predomina sobre la porción óhmica, de manera que con ello se reduce la influencia de inhomogeneidades resistivas en el interior de la cámara de electroporación sobre el desarrollo de las curvas.

A través de la impedancia compleja del circuito de descarga se establece el desarrollo de la tensión entre los dos grupos de electrodos o bien la corriente a través del producto de proceso – descarga de circuito RLC (como ejemplo, ver la figura 4) . En principio, la porción real y la porción imaginaria de la impedancia compleja establecen el desarrollo, en el caso de R diferente de cero y en función de ello se extienden desde débilmente amortiguadas oscilando sobre amortiguadas aperiódicamente hasta fuertemente amortiguadas. Con frecuencia tales instalaciones para la electroporación con accionadas fuertemente amortiguadas oscilando hasta aperiódicamente amortiguadas, porque solamente la primera semi-oscilación de la descarga como generación de impulsos de campo eléctricos es importante o bien decisiva para el proceso. La subida y la amplitud del impulso se pueden regular de esta manera. Por obstante, en determinadas circunstancias, para la conservación de los condensadores del generador Marx se contempla también el desarrollo de la descarga desde aperiódicamente amortiguado hasta fuertemente amortiguado.

En las reivindicaciones 2 a 10 se describen configuraciones en la instalación que permiten desarrollar la electroporación de manera ventajosa.

Así, por ejemplo, el/los... [Seguir leyendo]

1. Instalación para la electroporación de frutas, bayas, cañas y raíces sumergidos en un líquido de proceso, el producto de proceso biológicamente vegetal, que está constituida por una cámara de reactor con dos grupos de electrodos opuestos entre sí en ella, que están conectados en la salida de una fuente de energía eléctrica que se puede descargar por impulsos, para generar campos eléctricos impulsados en la cámara de reactor entre los dos grupos de electrodos, cuyos campos alcanzan, en cada caso, una intensidad de campo tal que las células biológicas de un producto de proceso expuestas, al menos una vez, a tal campo eléctrico impulsado se abren, se electroporan, de forma irreversible, caracterizada porque la fuente de energía está constituida eléctricamente bipolar y está constituida por el menos un generador de impulsos de alta tensión bipolar con dos salidas de alta tensión, que contactan, respectivamente con uno de los dos grupos de electrodos, de maneras que en el caso de varios generadores de impulsos de alta tensión bipolar, los mismos están constituidos iguales y en el caso de al menos dos generadores de impulsos de alta tensión, los mismos están provistos, respectivamente, con una instalación de disparo para el encendido simultáneo determinado en el tiempo, los dos grupos de electrodos están constituidos, respectivamente, por al menos un electrodo parcial y, por lo tanto, existe al menos una pareja de electrodos polares, entre la cual se puede formar el campo eléctrico impulsado necesario para la electroporación, de manera que un electrodo parcial está conectado solamente en una salida de alta tensión y el circuito de carga conectado en la salida de un generador de impulsos de alta tensión es igual en su impedancia compleja a la de un circuito de carga conectado en otro generador de impulsos de alta tensión de la fuente de energía, en el caso de que la fuente de energía esté constituida por al menos dos generadores de impulsos de alta tensión, los mismos están desacoplados durante la descarga uno del otro a través de las resistencias electrolíticas formadas a través del líquido de proceso entre los electrodos parciales.

2. Instalación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los generadores de impulsos de alta tensión de la fuente de energía son generadores Marx de n fases, con n > 1, cuyo inicio respectivo del generador y cuyo fin respectivo del generador están guiados desde los dos grupos de electrodos como las dos salidas diferentes de potencial de alta tensión para la conexión de al menos una pareja de electrodos parciales.

3. Instalación de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque los generadores Marx están conectados entre la primera y la última fase de la misma manera en un potencial de referencia.

4. Instalación de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque los generadores Marx no están conectados en ningún potencial de referencia, de manera que el potencial de referencia se ajusta de manera automática a través de la referencia con la masa remota y la división de la tensión dentro del producto de proceso entre los dos grupos de electrodos en la cámara de reactor.

5. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque los dos grupos de electrodos están colocados fijos opuestos entre sí.

6. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque los dos grupos de electrodos se pueden mover uno hacia el otro.

7. Instalación de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque la cámara de reactor está constituida por una bandeja con dos paredes de bandeja opuestas entre sí, entre las cuales circula el producto de proceso, de manera que una de las paredes de la bandeja está equipada con un grupo de electrodos parciales en forma de U, sucesivos en la dirección de la circulación, y la otra de las paredes de la carcasa está equipada de la misma manera con un grupo de electrodos parciales del mismo tiempo del mismo número, y en concreto de tal forma que los electrodos parciales están colocados opuestos con respecto al plano medio entre estas dos paredes en simetría de espejo con U abierta y al menos la zona interior de cada U se encuentra desnuda en el líquido de proceso atravesado por la circulación, en la pared de la bandeja (fondo) que conecta estas dos paredes de la bandeja están insertados dos grupos de electrodos parciales del mismo tipo, que están configurados en forma de barra o en forma de banda y se colocan opuestos entre sí en simetría de espejo y en alineación con respecto al plano medio sin tocarse, las superficies de estos electrodos que están expuestas en el interior de la bandeja se encuentran desnudas en el líquido de proceso en circulación y se suceden en la dirección de la circulación en esta disposición, los electrodos parciales en forma de U y los electrodos parciales en forma de barra o en forma de banda están conectados entre sí sobre uno de los lados del plano medio a través de al menos un generador de impulsos de alta tensión bipolar, y los electrodos parciales en forma de U y los electrodos parciales en forma de barra o en forma de banda están conectados sobre el otro lado del plano medio de la misma manera en tal generador de impulsos de alta tensión, una disposición del tipo de peldaños de escalera de barras conductoras de electricidad, que están acopladas entre sí de forma no conductora de electricidad, se mueve con los dos extremos respectivos de las barras a través de los electrodos parciales en forma de U, que se asientan en simetría de espejo entre sí, de tal manera que el eje longitudinal de las barras atraviesa siempre verticalmente el plano medio, la disposición del tipo de peldaños de escalera está acoplada electrolíticamente con los electrodos en forma de U a través de la barra o barras que pasan momentáneamente a través del producto de proceso en el líquido de proceso y de la misma manera los electrodos en forma de barra o en forma de banda, de manera que entre esta barra o estas barras y los electrodos en forma de barra o en forma de banda se configura durante la descarga del acumulador de energía eléctrica el campo eléctrico en forma de impulsos, que es necesario para la electroporación.

8. Instalación de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque la disposición de barras del tipo de peldaños de escalera está agrupada para formar una estructura en forma de banda circular.

9. Instalación de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque la disposición de barras del tipo de peldaños de escalera está agrupada en la forma de una banda circundante sobre dos rodillos.

10. Instalación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque, vista desde la circulación del producto de proceso, delante de la entrada de los dos grupos de electrodos y después de la salida de los grupos se asienta, respectivamente, otra pareja de electrodos, que está conectada con un potencia de referencia como masa.