DD262787A1 - Verfahren und vorrichtung zum sterilen schneiden von pflanzenmaterial zur in-vitro-vermehrung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sterilen Schneiden von lebenden Pflanzen mittels energiereicher Strahlen, insbesondere zum Schneiden von in vitro-Zuchtmaterial zum Zwecke der vegetativen Vermehrung und Erhaltung im Rahmen der Hybridzuechtung. Dazu wird zunaechst das zu zerlegende Gut auf einer mittels geeigneter Antriebselemente bewegbaren Fuehrungseinheit fixiert. Der fuer den Trennschnitt vorgesehene Abschnitt der Pflanze wird in den Bereich des Strahles eines im sichtbaren Spektralbereich emittierenden leistungsschwachen Lasers gebracht. Die Anpassung der Markierung an die Geometrie der Pflanze wird dadurch erreicht, dass der Strahl dieses der Markierung dienenden Lasers durch einen schwingenden Spiegel regelbarer Amplitude gemaess der erforderlichen Schnittlaenge periodisch abgelenkt wird, so dass der zu trennende Bereich ueberschnitten wird. Dabei ist die Anordnung so ausgefuehrt, dass in diese optische Achse der Markierung der Laserstrahl des Leistungslasers eingekoppelt wird, welcher in gleicher Weise durch den schwingenden Spiegel abgelenkt wird und den Schnitt der Pflanze an der vorgesehenen Stelle vornimmt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sterilen Schneiden von lebenden Pflanzen mittels energiereicher Strahlen, insbesondere zum Schneiden von in-vitro-Zuchtmaterial zum Zwecke der vegetativen Vermehrung und Erhaltung im Rahmen der Hybridzüchtung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum Zerlegen lebender Pflanzen, insbesondere zurTeilung von Zuchtmaterial, wurden bisher ausschließlich mechanische Verfahren angewendet. Üblicherweise werden bei der in-vitro-Vermehrung die Pflanzen mittels Skalpell und Pinzette unter sterilen Bedingungen zerlegt (ATANASSOV, J. A.; KIKINDONOV, T.: Akad. Sel'schoz. nauk. v. Bolgarii 4 [1971] Nr. 1, S.75-83, MARGARA, J.; GAUTHERET,R.: C. R. Acad.Sei.,Paris285D[1977],S. 1014-1044,HUSSEY,G.; HEPHER,A.: Ann. Bot.42[1978], 477-479, MIEDEMA, P.; GROOT, P. J.; ZUIDGEEST, J. H. M.: Euphytica 29 [1980], 425-432, DE GREFF, W.: Vrije Universität Brüssel, Belgien; 44.Winterkongreß 1981, S.67, SAUNDERS, J.W.: Crop. Sei. 22 [1982], 1102-1105, MIEDEMA, P.: Euphytica 31 [1982], 771-772).

Dabei handelt es sich um Methoden, die einen hohen Aufwand an manueller Areit erfordern. Darüber hinaus besteht bei der in-vitro-Vermehrung im großtechnischen Maßstab bei der Nutzung konventioneller Schneidetechniken die Gefahr der Verschleppung unerkannter Bakterien und Viren. Diese können die Effektivität des Gesamtverfahrens entscheidend reduzieren. Eine Sterilisation der Arbeitsinstrumente nach jeder Teilungs- bzw. Schnittoperation ist praktisch nicht durchführbar. Darüber hinaus ist dieses Verfahren nicht automatisierbar.

Es ist eine Vielzahl von Anordnungen zum Schneiden mittels energiereicher Strahlen, vorzugsweise mittels Laserstrahlen, bekannt. Diese Anordnungen betreffen hauptsächlich Trennungsprozesse bei der Materialbearbeitung der metallverarbeitenden Industrie. Für das Schneiden biologischer Substanzen sind Anordnungen und Vorrichtungen, insbesondere aus dem Bereich der Medizintechnik bekannt (J. F. Ready, Industrial Applications of Laser, Academic Press New York, 1978).

Hierbei wird insbesondere der fokussierte Laserstrahl zum Schneiden und Koagulieren in der Chirurgie (spez. Elektrochirurgie) verwendet. Eie energiereiche Strahlung wird dabei durch Lichtwellenleiter oder Mehrfachgelenkspiegel zum zu trennenden Gewebe transportiert (DE: 2733359, 2809007, 2910761,2821376, US: 4266547, IP: 60-859, 57-68943). Diese für den Bereich der Chirurgie bestimmten Instrumente, Vorrichtungen und Anordnungen sind hinsichtlich Handhabbarkeit und Bedienung sowie der konstruktiven Ausführung speziell auf den Anwendungsfall der nichtstationären Benutzung abgestimmt. Beim Einsatz zur vegetativen Vermehrung von Pflanzgut sind derartige Anordnungen, Instrumente und Vorrichtungen besonders wegen der nicht an diese Aufgabe angepaßten Lösung hinsichtlich Produktivität, Genauigkeit und Schutz des Bedieners vor Schädigung durch energiereiche Strahlung ungeeignet.

Eine weitere bekannte Veröffentlichung beschreibt ein Verfahren zur Zerkleinerung landwirtschaftlicher Produkte, insbesondere zum Schneiden von Halmgut (DD 220538). Hierbei wird ebenfalls unter Ausnutzung von Laserstrahlen der Trennungprozeß ausgelöst, jedoch sind in diesem Fall die Bedingungen hinsichtlich Genauigkeit unzureichend. Eine Anordnung zum Schneiden von in-vitro-Pflanzen zum Zwecke der in-vitro-Verklonung für die Züchtung mittels energiereicher Strahlen ist nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden von in-vitro-Pf lanzen unter sterilen Bedingungen mit hoher Genauigkeit und Produktivität sowie verminderter Infektions- bzw. Ausfallrate.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum exakten Schneiden lebender Pflanzen unter sterilen Bedingungen zu schaffen, welches eine erhöhte Produktivität bei verminderter Infektions- bzw. Ausfallrate gegenüber bekannten Lösungen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Vorgang des Schneidens der Pflanzen mittels eines Laserstrahles erfolgt. Dazu wird zunächst das zu zerlegende Gut auf einer mittels geeigneter Antriebselemente bewegbaren Führungseinheit fixiert.

Diese Führungseiriheit kann durch automatische Steuerung oder durch Handsteuerung durch einen Bediener so positioniert werden, daß der für den Trennschnitt vorgesehene Abschnitt der Pflanze in den Bereich des Strahles eines im sichtbaren Spektralbereich emittierenden leistungsschwachen Lasers gebracht wird.

Nachdem dieses erfolgt ist, wird ein leistungsstarker Läser aktiviert, dessen Strahl dieselbe optische Achse wie der leistungsschwache Laser aufweist und an der vorgesehenen Stelle das Zerteilen übernimmt. Nach erfolgtem Schnitt werden die Pflanzen bzw. die abgetrennten Pflanzenteile aus der Bearbeitungszone entfernt.

Die Anpassung der Markierung an die Geometrie der Pflanze wird dadurch erreicht, daß der Strahl dieses der Markierung dienenden Lasers durch einen schwingenden Spiegel einstellbarer Amplitude gemäß der erforderlichen Schnittlänge periodisch abgelenkt wird, so daß der zu trennende Bereich überschnitten wird. Dabei ist die Anordnung so ausgeführt, daß in diese optische Achse der Markierung der Laserstrahl des Leistungslasers eingekoppelt wird, welcher in gleicher Weise durch den schwingenden Spiegel abgelenkt wird und den Schnitt der Pflanze an der vorgesehenen Stelle vornimmt.

Weiterhin weist die Anordnung eine geeignete Einheit zum Zu- und Abschalten des Laserstrahls des Leistungslasers auf, welche das unkontrollierte Auftreffen dieser Strahlung auf nicht positioniertes Pflanzgut verhindert.

Darüber hinaus sind eine Zuführungseinrichtung für ein den Prozeß des Trennens biologischer Substanz begünstigenden gasförmigen Mediums, eine Beleuchtungseinrichtung der Bearbeitungszone, ein Bearbeitungstisch mit Absaugung sowie ein Schutz vor reflektierender Strahlung Bestandteile der Vorrichtung.

Diese Vorrichtung kann durch den Einsatz eines weiteren bewegbaren Spiegelsystems unter Ausnutzung von jeweils einem Leistungs-und einem Markierungslaser vervielfacht werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine mögliche Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung. Die zu zerlegenden Pflanzen werden in einem Inertgasstrom auf einer mit Druchbrüchen versehenen Aufnahmeeinrichtung 12 für das zu trennende Gut fixiert. Die Lage des auszuführenden Schnittes wird durch einen Laser 1, der im sichtbaren Spektralbereich emittiert, markiert. Diese Marke weist die Form eines kurzen Striches auf, was durch den sphärischen Schwingspiegel 7 erreicht wird. Die Amplitude ist dabei konstant und kann in Abhängigkeit von der zu trennenden Schnittlänge eingestellt werden. Die zu trennende Stelle der Pflanzen kann nun in Übereinstimmung mit der Marke gebracht werden.

Nach Beendigung des Justiervorganges wird beispielsweise durch ein Pedalschalter der Spiegel 5 a... η eingerückt und der vom Leistungslaser 3 erzeugte Strahl gelangt unter Nutzung derselben optischen Achse auf die markierte Stelle und zerteilt die Pflanzen in vorgeschriebener Weise.

Die erfindungsgemäße Ausführung dieser Anordnung gestattet einen weitgehenden Unterschied zwischen den Wellenlängen der emittierten Strahlung der Laser 1 und 3. Zum Schutz des Bedieners ist eine für die Wellenlänge des Leistungslasers 3 undurchlässige Blende 8 eingesetzt.

Die Ausführung des Schnittes erfolgt in steriler Umgebung, wofür ein keimfreier Gasstrom 10, vorzugsweise Stickstoff, Gewähr bietet. Das zugeführte Gas wird über eine Absaugvorrichtung 11 abgeführt. Die Schnittzone wird zusätzlich über eine Beleuchtungseinrichtung 9 ausgeleuchtet. Unter Ausnutzung der Beweglichkeit des Spiegels 5 ist eine Mehrfachnutzung der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, wobei nur jeweils ein Laser 1 und 3 benötigt und jeder Schneidstation für den Leistungslaser 3 ein wahlweise einrückbarer Spiegel 5a... η zugeordnet wird.

Claims (3)

1. Verfahren und Vorrichtung für das sterile Schneiden von Pflanzenmaterial zur vegetativen Vermehrung in-vitro mittels Laserstrahlen, gekennzeichnet dadurch, daß mittels eines Lasers, der im sichtbaren Bereich emittiert, die künftige Schnittposition unter Nutzung eines in einer Strahlenumlenkeinrichtung angeordneten, periodisch in einer Ebene schwingenden, fokussierenden Spiegels markiert wird, daß das zu teilende Pflanzenmaterial mittels eines elektronisch gesteuerten Tisches, der vorzugsweise zwei Linearbewegungen und eine Drehbewegung ausführen kann, in die erforderliche Position gebracht wird und daß bei Übereinstimmung der erforderlichen Schnittlage die Einkopplung der Strahlung eines Leistungslasers mittels eines einrückbaren Spiegels und unter Nutzung der bereits genannten Strahlenumlenkeinrichtung zum Schneiden des Pflanzenmaterials erfolgt, wobei das Pflanzenmaterial sich in einem sterilen Inertgasstrom befindet, der über einen Abzug abgesaugt wird.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Strahlung des im sichtbaren Bereich emittierenden Lasers durch eine geeignete Baugruppe zur Markierung der Schnittstellen auf mehreren Schneidstationen geteilt wird, wobei die Strahlung des Leistungslasers mittels wahlweise an jeder Schneidstation separat bedienbare Vorrichtungen zum Schneiden des Pflanzenmaterials umgelenkt wird.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die erzeugte Laserleistung, insbesondere die des Leistungslasers, im Zeitbereich ohne Bedarf der Schneidstationen in einer Wärmesenke aufgefangen wird.