三交差変超波真空破砕装置
【課題】
本発明の解決すべき課題は大量の細胞を効率的に、かつ化学的な負荷をかけずに破砕する装置を提供することにある。
【解決手段】
内部に破砕対象となる生細胞含有試料を封入する真空破砕容器１６と、真空破砕容器１６に照射方向が向けられた少なくとも３つの超音波発生手段１８，２０，２２と、前記超音波発生手段１８，２０，２２の超音波強度および周波数を調整可能な変超手段２４と、を備えたことを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
本発明の解決すべき課題は大量の細胞を効率的に、かつ化学的な負荷をかけずに破砕する装置を提供することにある。
【解決手段】
内部に破砕対象となる生細胞含有試料を封入する真空破砕容器１６と、真空破砕容器１６に照射方向が向けられた少なくとも３つの超音波発生手段１８，２０，２２と、前記超音波発生手段１８，２０，２２の超音波強度および周波数を調整可能な変超手段２４と、を備えたことを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は破砕装置、特に細胞を破砕する三交差変超波真空破砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞内の各種成分を抽出するため細胞の破砕を行う必要があるが、生細胞破砕を大量に行うためには細胞に対し過度の負荷を長時間に渡ってかけることは避ける必要がある。
しかしながら、細胞、特に動物の細胞は細胞壁を有さず、物理的強度は低いものの弾力性に富み、細胞破砕を大量に、かつ定量的に行うには高度な技術が必要であった。
【０００３】
従来においても、このような比較的小さい対象物を温和な条件で破砕する為、超音波照射が用いられることがあり、たとえば特許文献１に記載の装置などを利用することもあったが、破砕にムラを生じやすく、破砕率で見ると必ずしも満足の行くものではなかった。
【０００４】
一方、細胞に対して各種の物質を注入することも行われている。細胞内導入成分が低分子物質であると、細胞の吸収に期待することもできるが、たんぱく質、あるいは遺伝子などの高分子物質については強制的な導入を図らなくてはならず、たとえば毛細管を用いて細胞に注射するなどの高度な技術を要求される手動操作が必要とされた。
【特許文献１】特開２００５−２１１８３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記従来技術に鑑みなされたものであり、その解決すべき課題は比較的小さい対象物を効率的に、かつ化学的な負荷をかけずに破砕する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために本発明にかかる三交差変超波真空破砕装置は、
内部に破砕対象となる試料を封入する真空破砕容器と、
真空破砕容器に照射方向が向けられた少なくとも３つの超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の超音波強度および周波数を調整可能な変超手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、前記装置において、前記真空破砕容器は、その真空度が１〜１０−３Paであることが好適である。
また、前記装置において、変超手段は、各超音波発生手段の発振周波数を１７〜２０ＫＨｚの範囲で調整可能であることが好適である。
また、前記装置において、該装置は細胞破砕するものであることが好適である。
また、前記装置において、該装置は細胞分散媒中の高分子物質を細胞内に導入するものであることが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる破砕装置によれば、超音波を三交差にかつ真空状態で破砕対象物に照射することにより、きわめて効率よく、且つ均一に破砕を行うことができる。
また、破砕対象を精細胞とした場合、細胞膜の一部を破砕する程度に抑制し、かつ細胞の分散媒に遺伝子或いはたんぱく質などの高分子物質を共存させておくことにより、細胞内に該高分子物質を効率的に取り込ませることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる三交差変超波真空破砕装置の概略構成を示す側面図が示されている。
同図に示す破砕装置１０は、装置本体１２上面に設けられた処理タンク１４と、該処理タンク１４内に配置された真空破砕容器１６と、前記処理タンク１４底部に設けられた３台の超音波発生器１８，２０，２２と、該超音波発生器１８，２０，２２の超音波強度、周波数を各発生器個別に調整可能な操作パネルを供えた変超器２４とを備える。
【００１０】
前記処理タンク１４は、底面が逆台形状に第一傾斜面１４ａ、水平底面１４ｂ、第二傾斜面１４ｃを有しており、各面に前記超音波発生器１８，２０，２２の発振面１８ａ，２０ａ，２２ａが配置されている。
【００１１】
また、処理タンク１４内には振動（超音波）の伝播が良好な金属製ないしガラス製の真空破砕容器１６が配置されている。そして、前記各超音波発生器１８，２０，２２の発振面１８ａ，２０ａ，２２ａの法線が真空破砕容器１６内で交差するように設定されており、処理タンク１４および真空破砕容器１６内には水が注入されている。さらに、真空破砕容器１６内には、超音波を透過しやすいガラス製容器２６が複数配置可能である。
【００１２】
前記変超器２４は、各超音波発生器１８，２０，２２に対し、発振周波数、発振強度、照射方法（連続照射か間欠照射か）及び間欠照射の場合の単位照射時間、単位休止時間、処理時間等を設定することができ、また処理タンク１４の水温、真空破砕容器１６の減圧度等も同一パネル上で設定することができる。無論、これらは別途装置に接続するコンピュータなどにより設定することも好適である。
【００１３】
なお、真空破砕容器１６は、ホルダ２８を介して処理タンク１４に取り付けられており、該ホルダ２８ごと真空破砕容器１６を設置、取り外しすることができる。該ホルダ２８の詳細構造が図２に示す装置上面図に示されており、同図より明らかなようにホルダ２８は矩形枠からなるハンドル２８ａと、破砕容器１６の頂部を保持する保持パネル２８ｂを備え、保持パネル２８ｂの両端部は装置本体１２の上面に固定されている。
【００１４】
さらに、本実施形態においては、破砕容器１６の頂部に試料液導入バルブ３２を、底部に試料液排出バルブ３４を備える。そして、排出バルブ３４は排出管３６を介して図示を省略したペリスタポンプに接続され、試料液の連続導入、連続排出を可能にしている。
【００１５】
本実施形態にかかる三交差変超波真空破砕装置は概略以上のように構成され、次にその動作について説明する。
［細胞破砕］
まず、細胞分散液を注入したガラス製容器２６を真空破砕容器１６内に配置し、真空破砕容器（約３Ｌ容）１６を密封し、処理タンク（約１２Ｌ容）１４に設置する。そして、図示を省略した真空ポンプにより減圧バルブ３０を介して減圧する。減圧は通常の動物細胞を対象とした場合、１〜１０−３Pa程度とすることが好適である。
そして、変超器により超音波発生器に発振指示を与える。この際、第一、第二及び第三超音波発生器には次のような指示を与える。
【００１６】
表１
発振周波数 発振強度
第一超音波発生器 ２０ＫＨｚ ２００Ｗ
第二超音波発生器 ２０ＫＨｚ ２００Ｗ
第三超音波発生器 ２０ＫＨｚ ２００Ｗ
【００１７】
なお、超音波照射は一単位１０秒とし、非照射時間も一単位１０秒とした。そして、この一単位の超音波照射、非照射を１時間行った。
この結果、細胞の破砕率は約１００％（顕微鏡観察）となった。
【００１８】
第一及び第二超音波発生器のみを駆動させた二交差超音波破砕器を用いた場合には破砕率は約４０％であり、また第一、第二及び第三超音波発生器を駆動させるが、大気下で処理した場合には破砕率は５０％であった。
【００１９】
［遺伝子注入］
前記細胞破砕と同様に、細胞分散液を注入したガラス製容器２６を真空破砕容器１６内に配置し、真空破砕容器１６を密封し、図示を省略した真空ポンプにより減圧バルブ３０を介して減圧する。減圧は通常の動物細胞を対象とした場合、１０−２Pa程度とすることが好適である。
そして、変超器により超音波発生器に発振指示を与える。この際、第一、第二及び第三超音波発生器には次のような指示を与える。
【００２０】
表２
発振周波数 発振強度
第一超音波発生器 １９ＫＨｚ １５０Ｗ
第二超音波発生器 １９ＫＨｚ １５０Ｗ
第三超音波発生器 １９ＫＨｚ １５０Ｗ
【００２１】
なお、超音波照射は一単位３秒とし、非照射時間は一単位１０秒とした。そして、この一単位の超音波照射、非照射を０．５時間行った。
この結果、細胞への遺伝子導入率は約５０％となった。
【００２２】
第一及び第二超音波発生器のみを駆動させた二交差超音波破砕器を用いた場合には導入率は１０〜２０％であり、また第一、第二及び第三超音波発生器を駆動させるが、大気下で処理した場合にも導入率は１０〜２０％であった。
【００２３】
［周波数と導入率］
次に本発明者らは照射超音波の周波数と遺伝子導入率について検討を行った。発振周波数を調整したほかは、前記細胞部分破砕−遺伝子注入と同様の条件である。
【００２４】
表３
発振周波数（Ｈｚ） １７ １９ ２０
導入率 ４０％ ５０％ ４５％
【００２５】
なお、本発明にかかる装置を細胞内への遺伝子導入に用いた場合、細胞の種類により好適な発振周波数、発振強度が異なる場合がある。
さらに、本発明においては三交差となるように超音波を照射するため、試料液の連続処理を行う際にも均一な破砕作用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる三交差変超波真空破砕装置の側断面図である。
【図２】図１に示した装置の上面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 三交差変超波真空破砕装置
１６ 真空破砕容器
１８，２０，２２ 超音波発振器
２６ 変超器
【技術分野】
【０００１】
本発明は破砕装置、特に細胞を破砕する三交差変超波真空破砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞内の各種成分を抽出するため細胞の破砕を行う必要があるが、生細胞破砕を大量に行うためには細胞に対し過度の負荷を長時間に渡ってかけることは避ける必要がある。
しかしながら、細胞、特に動物の細胞は細胞壁を有さず、物理的強度は低いものの弾力性に富み、細胞破砕を大量に、かつ定量的に行うには高度な技術が必要であった。
【０００３】
従来においても、このような比較的小さい対象物を温和な条件で破砕する為、超音波照射が用いられることがあり、たとえば特許文献１に記載の装置などを利用することもあったが、破砕にムラを生じやすく、破砕率で見ると必ずしも満足の行くものではなかった。
【０００４】
一方、細胞に対して各種の物質を注入することも行われている。細胞内導入成分が低分子物質であると、細胞の吸収に期待することもできるが、たんぱく質、あるいは遺伝子などの高分子物質については強制的な導入を図らなくてはならず、たとえば毛細管を用いて細胞に注射するなどの高度な技術を要求される手動操作が必要とされた。
【特許文献１】特開２００５−２１１８３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記従来技術に鑑みなされたものであり、その解決すべき課題は比較的小さい対象物を効率的に、かつ化学的な負荷をかけずに破砕する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために本発明にかかる三交差変超波真空破砕装置は、
内部に破砕対象となる試料を封入する真空破砕容器と、
真空破砕容器に照射方向が向けられた少なくとも３つの超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の超音波強度および周波数を調整可能な変超手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、前記装置において、前記真空破砕容器は、その真空度が１〜１０−３Paであることが好適である。
また、前記装置において、変超手段は、各超音波発生手段の発振周波数を１７〜２０ＫＨｚの範囲で調整可能であることが好適である。
また、前記装置において、該装置は細胞破砕するものであることが好適である。
また、前記装置において、該装置は細胞分散媒中の高分子物質を細胞内に導入するものであることが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる破砕装置によれば、超音波を三交差にかつ真空状態で破砕対象物に照射することにより、きわめて効率よく、且つ均一に破砕を行うことができる。
また、破砕対象を精細胞とした場合、細胞膜の一部を破砕する程度に抑制し、かつ細胞の分散媒に遺伝子或いはたんぱく質などの高分子物質を共存させておくことにより、細胞内に該高分子物質を効率的に取り込ませることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる三交差変超波真空破砕装置の概略構成を示す側面図が示されている。
同図に示す破砕装置１０は、装置本体１２上面に設けられた処理タンク１４と、該処理タンク１４内に配置された真空破砕容器１６と、前記処理タンク１４底部に設けられた３台の超音波発生器１８，２０，２２と、該超音波発生器１８，２０，２２の超音波強度、周波数を各発生器個別に調整可能な操作パネルを供えた変超器２４とを備える。
【００１０】
前記処理タンク１４は、底面が逆台形状に第一傾斜面１４ａ、水平底面１４ｂ、第二傾斜面１４ｃを有しており、各面に前記超音波発生器１８，２０，２２の発振面１８ａ，２０ａ，２２ａが配置されている。
【００１１】
また、処理タンク１４内には振動（超音波）の伝播が良好な金属製ないしガラス製の真空破砕容器１６が配置されている。そして、前記各超音波発生器１８，２０，２２の発振面１８ａ，２０ａ，２２ａの法線が真空破砕容器１６内で交差するように設定されており、処理タンク１４および真空破砕容器１６内には水が注入されている。さらに、真空破砕容器１６内には、超音波を透過しやすいガラス製容器２６が複数配置可能である。
【００１２】
前記変超器２４は、各超音波発生器１８，２０，２２に対し、発振周波数、発振強度、照射方法（連続照射か間欠照射か）及び間欠照射の場合の単位照射時間、単位休止時間、処理時間等を設定することができ、また処理タンク１４の水温、真空破砕容器１６の減圧度等も同一パネル上で設定することができる。無論、これらは別途装置に接続するコンピュータなどにより設定することも好適である。
【００１３】
なお、真空破砕容器１６は、ホルダ２８を介して処理タンク１４に取り付けられており、該ホルダ２８ごと真空破砕容器１６を設置、取り外しすることができる。該ホルダ２８の詳細構造が図２に示す装置上面図に示されており、同図より明らかなようにホルダ２８は矩形枠からなるハンドル２８ａと、破砕容器１６の頂部を保持する保持パネル２８ｂを備え、保持パネル２８ｂの両端部は装置本体１２の上面に固定されている。
【００１４】
さらに、本実施形態においては、破砕容器１６の頂部に試料液導入バルブ３２を、底部に試料液排出バルブ３４を備える。そして、排出バルブ３４は排出管３６を介して図示を省略したペリスタポンプに接続され、試料液の連続導入、連続排出を可能にしている。
【００１５】
本実施形態にかかる三交差変超波真空破砕装置は概略以上のように構成され、次にその動作について説明する。
［細胞破砕］
まず、細胞分散液を注入したガラス製容器２６を真空破砕容器１６内に配置し、真空破砕容器（約３Ｌ容）１６を密封し、処理タンク（約１２Ｌ容）１４に設置する。そして、図示を省略した真空ポンプにより減圧バルブ３０を介して減圧する。減圧は通常の動物細胞を対象とした場合、１〜１０−３Pa程度とすることが好適である。
そして、変超器により超音波発生器に発振指示を与える。この際、第一、第二及び第三超音波発生器には次のような指示を与える。
【００１６】
表１
発振周波数 発振強度
第一超音波発生器 ２０ＫＨｚ ２００Ｗ
第二超音波発生器 ２０ＫＨｚ ２００Ｗ
第三超音波発生器 ２０ＫＨｚ ２００Ｗ
【００１７】
なお、超音波照射は一単位１０秒とし、非照射時間も一単位１０秒とした。そして、この一単位の超音波照射、非照射を１時間行った。
この結果、細胞の破砕率は約１００％（顕微鏡観察）となった。
【００１８】
第一及び第二超音波発生器のみを駆動させた二交差超音波破砕器を用いた場合には破砕率は約４０％であり、また第一、第二及び第三超音波発生器を駆動させるが、大気下で処理した場合には破砕率は５０％であった。
【００１９】
［遺伝子注入］
前記細胞破砕と同様に、細胞分散液を注入したガラス製容器２６を真空破砕容器１６内に配置し、真空破砕容器１６を密封し、図示を省略した真空ポンプにより減圧バルブ３０を介して減圧する。減圧は通常の動物細胞を対象とした場合、１０−２Pa程度とすることが好適である。
そして、変超器により超音波発生器に発振指示を与える。この際、第一、第二及び第三超音波発生器には次のような指示を与える。
【００２０】
表２
発振周波数 発振強度
第一超音波発生器 １９ＫＨｚ １５０Ｗ
第二超音波発生器 １９ＫＨｚ １５０Ｗ
第三超音波発生器 １９ＫＨｚ １５０Ｗ
【００２１】
なお、超音波照射は一単位３秒とし、非照射時間は一単位１０秒とした。そして、この一単位の超音波照射、非照射を０．５時間行った。
この結果、細胞への遺伝子導入率は約５０％となった。
【００２２】
第一及び第二超音波発生器のみを駆動させた二交差超音波破砕器を用いた場合には導入率は１０〜２０％であり、また第一、第二及び第三超音波発生器を駆動させるが、大気下で処理した場合にも導入率は１０〜２０％であった。
【００２３】
［周波数と導入率］
次に本発明者らは照射超音波の周波数と遺伝子導入率について検討を行った。発振周波数を調整したほかは、前記細胞部分破砕−遺伝子注入と同様の条件である。
【００２４】
表３
発振周波数（Ｈｚ） １７ １９ ２０
導入率 ４０％ ５０％ ４５％
【００２５】
なお、本発明にかかる装置を細胞内への遺伝子導入に用いた場合、細胞の種類により好適な発振周波数、発振強度が異なる場合がある。
さらに、本発明においては三交差となるように超音波を照射するため、試料液の連続処理を行う際にも均一な破砕作用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる三交差変超波真空破砕装置の側断面図である。
【図２】図１に示した装置の上面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 三交差変超波真空破砕装置
１６ 真空破砕容器
１８，２０，２２ 超音波発振器
２６ 変超器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に破砕対象となる試料を封入する真空破砕容器と、
真空破砕容器に照射方向が向けられた少なくとも３つの超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の超音波強度および周波数を調整可能な変超手段と、
を備えたことを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記真空破砕容器は、その真空度が１〜１０−３Paであることを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の装置において、前記変超手段は、各超音波発生手段の発振周波数を１７〜２０ＫＨｚの範囲で調整可能であることを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、該装置は細胞破砕するものであることを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の装置において、該装置は細胞分散媒中の高分子物質を細胞内に導入するものであることを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項１】
内部に破砕対象となる試料を封入する真空破砕容器と、
真空破砕容器に照射方向が向けられた少なくとも３つの超音波発生手段と、
前記超音波発生手段の超音波強度および周波数を調整可能な変超手段と、
を備えたことを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記真空破砕容器は、その真空度が１〜１０−３Paであることを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の装置において、前記変超手段は、各超音波発生手段の発振周波数を１７〜２０ＫＨｚの範囲で調整可能であることを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、該装置は細胞破砕するものであることを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の装置において、該装置は細胞分散媒中の高分子物質を細胞内に導入するものであることを特徴とする三交差変超波真空破砕装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−８２８６２（Ｐ２００９−８２８６２Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５８３５６（Ｐ２００７−２５８３５６）
【出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（３０２０５１０８３）エレコン科学株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（３０２０５１０８３）エレコン科学株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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