DD262787A1 - METHOD AND DEVICE FOR STERILE CUTTING OF PLANT MATERIAL FOR IN VITRO REPRODUCTION - Google Patents
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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.The invention relates to a method and a device for the sterile cutting of living plants by means of high-energy radiation, in particular for cutting in vitro breeding material for the purpose of vegetative propagation and conservation in the context of hybrid breeding. For this purpose, the material to be dismantled is first fixed on a guide unit which can be moved by means of suitable drive elements. The section of the plant intended for the separation cut is brought into the region of the beam of a low-power laser emitting in the visible spectral range. The adaptation of the marking to the geometry of the plant is achieved by periodically deflecting the beam of this marking laser by means of an oscillating mirror of controllable amplitude according to the required cutting length so that the area to be separated is over-cut. The arrangement is such that in this optical axis of the marking of the laser beam of the power laser is coupled, which is deflected in the same way by the oscillating mirror and makes the cut of the plant at the intended location.
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
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.The invention relates to a method and a device for the sterile cutting of living plants by means of high-energy radiation, in particular for cutting in vitro breeding material for the purpose of vegetative propagation and conservation in the context of hybrid breeding.
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).For the disassembly of living plants, especially for the division of germinal material, only mechanical methods have hitherto been used. Usually, in the in vitro propagation, the plants are dissected under sterile conditions by means of a scalpel and tweezers (ATANASSOV, JA, KIKINDONOV, T .: Akad., Sel'schoz, nauk, v. Bolgarii 4 [1971], No. 1, p. 75-83, MARGARA, J .; GAUTHERET, R .: CR Acad.Sei., Paris 285D [1977], pp. 1014-1044, HUSSEY, G., HEPHER, A .: Ann. Bot.42 [1978], 477-479, MIEDEMA, P. GROOT, PJ; ZUIDGEEST, JHM: Euphytica 29 [1980], 425-432, DE GREFF, W .: Vrije University of Brussels, Belgium; 44th Winter Congress 1981, p.67, SAUNDERS, JW: 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.These are methods that require a lot of manual work. In addition, there is a risk of carryover of unrecognized bacteria and viruses in the in vitro propagation on an industrial scale when using conventional cutting techniques. These can significantly reduce the effectiveness of the overall process. Sterilization of the working instruments after each splitting or cutting operation is practically impracticable. In addition, this method is not automatable.
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).There are a variety of arrangements for cutting by means of high-energy radiation, preferably by means of laser beams known. These arrangements mainly relate to separation processes in material processing of the metalworking industry. Arrangements and devices, in particular in the field of medical technology, are known for cutting biological substances (J.F. Ready, Industrial Applications of Lasers, 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.In particular, the focused laser beam is used for cutting and coagulating in surgery (special electrosurgery). Energy-rich radiation is thereby transported by optical waveguides or multiple joint mirrors to the tissue to be separated (DE: 2733359, 2809007, 2910761,2821376, US: 4266547, IP: 60-859, 57-68943). These intended for the field of surgery instruments, devices and arrangements are tuned with regard to handling and operation and the structural design specifically to the application of non-stationary use. When used for vegetative propagation of seedlings such arrangements, instruments and devices are unsuitable for damage due to high-energy radiation, especially because of the not adapted to this task solution in terms of productivity, accuracy and protection of the operator.
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.Another known publication describes a method for comminuting agricultural products, in particular for cutting stalks (DD 220538). In this case, the separation process is also triggered by using laser beams, but in this case the conditions of accuracy are insufficient. An arrangement for cutting in vitro plants for the purpose of in vitro cloning for breeding by means of high-energy radiation is not known.
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.The aim of the invention is a method and a device for cutting in vitro Pf lances under sterile conditions with high accuracy and productivity and reduced infection or failure rate.
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.The invention has for its object to provide a method and apparatus for accurately cutting live plants under sterile conditions, which has an increased productivity with reduced infection or failure rate over known solutions.
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.According to the invention, this object is achieved in that the process of cutting the plants by means of a laser beam. For this purpose, first the material to be separated is fixed on a movable by means of suitable drive elements guide unit.
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.This guidance can be positioned by automatic control or manual control by an operator so that the portion of the plant intended for the separation cut is brought into the region of the beam of a low-power laser emitting in the visible spectral range.
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.After this is done, a powerful laser is activated, whose beam has the same optical axis as the low-power laser and takes over the division at the intended location. After the cut, the plants or the separated parts of plants are removed from the processing zone.
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.The adaptation of the marking to the geometry of the plant is achieved by periodically deflecting the beam of this marking laser by an oscillating mirror of adjustable amplitude according to the required cutting length, so that the area to be separated is overlapped. In this case, the arrangement is designed so that in this optical axis of the marking of the laser beam of the power laser is coupled, which is deflected in the same way by the oscillating mirror and makes the cut of the plant at the intended location.
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.Furthermore, the arrangement has a suitable unit for switching on and off of the laser beam of the power laser, which prevents the uncontrolled impact of this radiation on unplanted seedlings.
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.In addition, a feed device for a process of separating biological substance favoring gaseous medium, a lighting device of the processing zone, a processing table with suction and protection against reflective radiation components of the device.
Diese Vorrichtung kann durch den Einsatz eines weiteren bewegbaren Spiegelsystems unter Ausnutzung von jeweils einem Leistungs-und einem Markierungslaser vervielfacht werden.This device can be multiplied by the use of another movable mirror system using each of a power and a marking laser.
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.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows a possible embodiment of the arrangement according to the invention. The plants to be separated are fixed in an inert gas stream on a receiving device 12 provided with breaks for the material to be separated. The position of the cut to be carried out is marked by a laser 1 emitting in the visible spectral range. This mark has the shape of a short stroke, which is achieved by the spherical oscillating mirror 7. The amplitude is constant and can be adjusted depending on the cut length to be separated. The location of the plants to be separated can now be brought into line with the brand.
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.After completion of the adjustment process, for example, by a pedal switch the mirror 5 a ... η is engaged and the beam generated by the power laser 3 passes using the same optical axis on the marked spot and divides the plants in a prescribed manner.
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.The inventive design of this arrangement allows a substantial difference between the wavelengths of the emitted radiation of the laser 1 and 3. For the protection of the operator, an aperture 8 impermeable to the wavelength of the power laser 3 is used.
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.The execution of the cut takes place in a sterile environment, for which a germ-free gas stream 10, preferably nitrogen, provides assurance. The supplied gas is removed via a suction device 11. The cutting zone is additionally illuminated by a lighting device 9. Taking advantage of the mobility of the mirror 5, a multiple use of the arrangement according to the invention is possible, with only one laser 1 and 3 needed and each cutting station for the power laser 3 an optionally engageable mirror 5a ... η is assigned.
Claims (3)
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DD (1) | DD262787A1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2612732A1 (en) * | 1987-03-26 | 1988-09-30 | Kemira Oy | PROCESS FOR CUTTING PLANTS |
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RU2530516C2 (en) * | 2012-08-28 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет по землеустройству" | Device for growing plants |
-
1987
- 1987-08-10 DD DD30582887A patent/DD262787A1/en not_active IP Right Cessation
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WO1992013444A1 (en) * | 1991-02-01 | 1992-08-20 | Plant Production Systems B.V. | A method for use in a multiplication process of plants and a device for carrying out said method |
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