JP2003220345A - 試料破砕用の破砕容器及び破砕媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型の試料や硬い試料でも効率的に破砕する
ことを可能にする破砕容器及び破砕媒体を提供する。 【解決手段】 収容した試料７４の状態を外部から認識
できる透明度を有する細長い有底筒状に形成された破砕
容器３０内に試料７４と共に破砕媒体３２を収容し、破
砕容器３０の開口部を蓋体３１で封口する。破砕容器３
０にそのほぼ軸心に沿って破砕媒体３２が移動する方向
や破砕媒体３２に回転を与えるような方向に振動を与え
ると、破砕媒体３２が試料７４に衝突する状態が繰り返
されるので、試料７４が破砕される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、植物の組織や種子
類、動物の組織、プラスチック材料、鉱物材料などの試
料を化学的に分析・分画分離するために破砕する用に供
する試料破砕用の破砕容器及び破砕媒体に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】上記のような各種試料を化学的に分析・
分画分離するためには、まず試料を均一に粉砕しなけれ
ばならない。破砕は従来から用いられている乳鉢と乳棒
とによる方法が知られているが、多くの試料を効率よく
破砕することには不向きであるため、試料と破砕媒体と
を収容した破砕容器に対して多数を同時に破砕処理する
破砕装置が用いられる。

【０００３】上記破砕装置を用いて試料を破砕するため
には、一般的に試料を遠心分離するために用いられてい
る遠心チューブ等の破砕容器に試料と共に破砕媒体を収
容し、この破砕容器を破砕装置に装着して破砕容器に振
動を加える。前記破砕媒体としてガラスやセラミック、
金属などの微小ビーズが知られている（特許文献１参
照）。破砕装置により破砕容器に振動を加えると、破砕
媒体が試料に衝突したり、破砕容器の壁面に押し付けて
圧壊させたりするので、破砕容器に所要時間の振動を加
えることにより試料が破砕される。

【０００４】また、試料を破砕するための器具として凍
結試料破砕用セルが知られている（特許文献２参照）。
これは、試料を破砕しやすくするために試料を凍結し、
それを冷却した有底筒形の容器に投入し、容器の内面形
状に対応する形状の突出部分を設けた蓋を、突出部分を
容器内に挿入して容器上に被せ、蓋に振動プレスを加え
て凍結した試料を粉砕する。

【０００５】

【特許文献１】特公平６−０３６７３２号公報（第２〜
３頁、図１）

【０００６】

【特許文献２】特開平８−２１９９５７号公報（第１〜
２頁、図１）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、破砕媒
体として微小ビーズを用いた破砕方法では、試料が大型
の植物細胞や動物細胞や鉱物材料などになると、試料が
運動し難く、かつ破砕媒体の質量が小さいために破砕さ
れないという問題があった。

【０００８】また、凍結試料破砕用セルは、破砕した試
料を遠心分離や分析等の処理に用いるためには、破砕さ
れた試料を容器から処理に必要な別の容器に移し替える
必要があり、試料の目減りが生じたり、試料が細菌等を
含むものである場合にはそれを散逸させる恐れもある。
また、次ぎの破砕に用いるために洗浄、滅菌等の作業が
必要になる課題があった。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑みて創案
されたもので、大型の植物組織や動物組織や鉱物材料な
ども効率的に破砕することができる試料破砕用の破砕容
器及び破砕媒体を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、破砕容器内に破砕対象とする試料と共に破
砕媒体を収容し、破砕容器を振動させて試料を破砕する
用に供する破砕容器及び破砕媒体であって、破砕容器
は、試料の状態を外部から認識できる透明度を有する細
長い有底筒状体で、その開口部は蓋体によって開閉可能
に封止できるように形成されてなり、破砕媒体は、少な
くとも破砕容器の一端部に向く先端部が破砕容器の一端
部形状に対応する形状に形成され、破砕容器内にその軸
芯にほぼ沿った姿勢を保持してほぼ軸芯方向に相対移動
する形状及び大きさに形成されてなることを特徴とす
る。

【００１１】上記破砕容器に試料と共に破砕媒体を収容
し、破砕媒体にその軸心にほぼ沿った方向に往復振動、
好ましくは８の字状に往復振動を加えると、破砕媒体は
相対回転しながら破砕容器の底面に衝突する動作が繰り
返されるので、破砕容器が乳鉢、破砕媒体が乳棒のよう
に作用して試料が効果的に破砕される。試料が大型の植
物組織や動物組織、プラスチック材料や鉱物材料であっ
ても効率的に破砕することができる。

【００１２】上記構成において、破砕容器は少なくとも
一端部の内面を略半球状ないし円錐状に突出した形状に
形成し、破砕媒体の対向する端部外面をほぼ同様の形状
に形成すると、破砕容器の一端部にそれとほぼ同様の形
状に形成された破砕媒体の端部が衝突し、且つ回転が加
わっていると、その間に存在する試料は乳鉢上で乳棒で
磨り潰されるような状態となり、この繰り返しにより試
料は効率的に破砕される。

【００１３】また、破砕容器の内径と破砕媒体の外径の
差が２〜１ｍｍ以下に形成すると、試料がしなやかなも
のである場合でも、破砕媒体を確実に作用させることが
でき、効率的に破砕できる。

【００１４】また、破砕媒体の少なくとも一端部表面に
１又は複数の溝を形成することにより、試料が切断され
難い繊維質を含んだ破砕し難い動物組織や植物組織であ
っても、溝部で繊維質が効果的に切断される。

【００１５】また、試料は、液体窒素浴で凍結して凍結
真空乾燥したものを用いると、試料がしなやかで切断さ
れ難い繊維質を含んだものである場合にも、凍結により
切断されやすくなり、試料の破砕が効率的になされる。

【００１６】また、破砕媒体は、表面を研磨したチタン
製のもので構成すると、試料が骨などの動物組織でも破
砕が可能で、破砕媒体の表面に例えばＤＮＡやＲＮＡな
どの組織物が残留して、次の破砕時にクロスコンタミネ
ーションが発生する恐れをなくすことができる。

【００１７】また、破砕媒体は、杵と、この杵の先端形
状に対応する凹部が形成された臼とによって形成するこ
とにより、振動が加えられることにより破砕容器の中で
臼と杵とが高速移動して、臼と杵との間にある試料は効
率的に破砕され、破砕時間を短縮することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。尚、本実施の形態は、
本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲
を限定するものではない。

【００１９】図１、図２は、第１の実施形態に係る破砕
容器３０及び破砕媒体３２の構成を示すものである。破
砕容器３０は、細長い円筒容器からなり、その開口部外
周にねじ３０ａが形成され、底部に載頭円錐部３３が形
成されており、その開口部に蓋体３１を螺合して密閉で
きるように構成されている。蓋体３１の内周部には、破
砕容器３０の開口部の内周に嵌合する環状シール部３１
ａが形成されている。破砕容器３０は、試料の材質や量
に応じて２ｍｌ〜５０ｍｌの容積のものが用いられる。

【００２０】上記破砕容器３０内に試料と共に収容され
る破砕媒体３２は、図２（ａ）に示すように、破砕容器
３０の内径Ｄより大きい長さＬの単一部材にて構成され
ており、その一端部に破砕容器３０の底部形状に対応し
て同様の載頭円錐状の突出端部３２ａが形成されてい
る。また、他端部は、蓋体３２の内周の環状シール部３
１ａと干渉したり、嵌まり込むことがないように小径部
３２ｂに形成されている。また、破砕媒体３２の外径ｄ
は、破砕容器３０の内径Ｄに対して２ｍｍ以下、破砕容
器３０の内径Ｄが小さい場合には１ｍｍ以下程度に小さ
く設定されている。例えば、破砕容器３０の容量が２ｍ
ｌの場合で、その内径Ｄが８ｍｍのとき、破砕媒体３２
の外径ｄは７ｍｍに設定される。

【００２１】また、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、
破砕媒体３２の突出端部３２ａには必要に応じて放射状
又は螺旋状に１又は複数の溝３４を形成したものを用い
ることもできる。

【００２２】図４、図５は、第２の実施形態に係る破砕
容器３０及び破砕媒体３２を示すものである。図４に示
す破砕容器３０は、その底部に半球状ないし半楕円球状
の半球部３５が形成されており、それに伴って破砕媒体
３２の一端部に、図５（ａ）に示すように、半球状の突
出端部３２ａが形成されている。また、その突出端部３
２ａに図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、溝３４を形成
することもできる。

【００２３】上記第１及び第２の各実施形態に示した破
砕容器３０の材質としては、ポリカーボネート、ポリプ
ロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリフッ化エ
チレンなどの合成樹脂を用いることができ、着色剤を添
加する必要はないので、透明もしくは半透明に樹脂成形
される。破砕容器３０が透明もしくは半透明であると、
破砕容器３０内に収容した試料の状態、特に破砕の進行
状態をチェックしながら破砕を行うような場合に好適で
ある。

【００２４】例えば、ザルスタット社（ＳＡＲＳＴＥＤ
Ｔ：ドイツ）製のねじ口タイプ遠心チューブやエッペン
ドルフ社（ＥＰＰＥＮＤＯＲＦ：ドイツ）製のセイフロ
ックチューブ、ノルゲン社（ＮＡＬＧＥＮ：アメリカ）
製の遠心チューブ等がそれに該当する。

【００２５】また、破砕容器３０は、ステンレス鋼など
の金属やその内面にポリフッ化エチレンコーティングを
施したものを用いることもできる。

【００２６】また、破砕媒体３２の材質としては、ＳＵ
Ｓ４３０などの磁性ステンレス、ＳＵＳ３０４硬質ステ
ンレスなどのステンレス鋼、炭素鋼、チタン、タングス
テン、ジルコニア、タングステンカーバイド、セラミッ
ク、ガラス、ポリフッ化エチレンなどを単体又は複合し
て構成したものを適宜用いることができる。

【００２７】上記第１及び第２の各実施形態に示した破
砕容器３０及び破砕媒体３２を用いて試料の破砕を行う
場合には、図３、図６に示すように、細長い破砕容器３
０内にその内径より大きい長さの破砕媒体３２と試料７
４を収容し、破砕容器３０の開口部を蓋体３１で閉じ、
破砕容器３０に振動を加える。

【００２８】破砕容器３０に加える振動は、破砕媒体３
２が破砕容器３０の軸芯にほぼ沿った姿勢を保持したま
ま相対回転しながら破砕容器３０の底部に衝突を繰り返
すように振動を加えるのが好ましく、これを実現する手
段として、破砕容器３０を破砕装置に装着して８の字状
の振動を加えると、効率的且つ多数の破砕容器３０に対
して同時に破砕処理を実施することができる。

【００２９】図７は、多数の破砕容器３０に対して８の
字状の振動を加えることができる破砕装置の要部構成を
示すものである。図示しない駆動手段により回転駆動さ
れる回転軸８には傾斜軸体１１が固定されており、傾斜
軸体１１の外周には一対の軸受１４を介して相対回転自
在に環状体１５が装着されている。この環状体１５の外
周下部の適所には磁石１６が取付けられている。また、
軸受部７の上部に取付けられた取付ブラケット１７にて
支持された対極磁石１８がこの磁石１６に対向するよう
に固定配置されている。これら磁石１６と対極磁石１８
の吸着力によって、回転軸８及び傾斜軸体１１が回転し
た場合に環状体１５の回転を阻止し、且つ傾斜軸体１１
の回転に伴って環状体１５が振れ運動を行うように構成
されている。

【００３０】環状体１５の上部には取付段部１９が設け
られ、その上に環状保持体２０が載置されて固定ボルト
２１にて締結固定されている。図８に平面図として示す
ように、環状保持体２０の外周部には多数の細長い容器
ケース２２が環状体１５の軸芯と平行姿勢で配設され、
この容器ケース２２内に破砕容器３０を収容して支持す
るように構成されている。また、破砕容器３０の蓋体３
１は容器ケース２２の上端に係合し、この蓋体３１の上
面を押圧して破砕容器３０を固定するための押圧板２３
を、環状保持体２０上に複数設けられた取付ボス２４上
に設置し、固定ねじ２５にて締結固定するように構成さ
れている。この取付ボス２４の高さは、蓋体３１の上面
高さ位置とほぼ同一高さとなるように設定されている。

【００３１】上記構成になる破砕装置に、破砕容器３０
を環状保持体２０の容器ケース２２に収容して押圧板２
３で固定し、図示しない駆動手段により回転軸８を回転
駆動すると、破砕容器３０がその軸芯方向の比較的長い
行程の主往復移動とそれに直交する方向の比較的短い行
程の副往復移動を組み合わせた８の字状に往復振動し、
それに伴って破砕媒体３２が破砕容器３０の軸芯にほぼ
沿った姿勢を保持したまま相対回転しながら破砕容器３
０の底部に衝突を繰り返し、破砕容器３０が乳鉢、破砕
媒体３２が乳棒のように作用し、被破砕物が大型の植物
細胞や動物組織やプラスチック材料や鉱物材料などであ
っても効率的に破砕される。

【００３２】破砕容器３０及び破砕媒体３２は、第１及
び第２の実施形態に示した構成の他、以下に示すように
構成することもできる。

【００３３】図９、図１０は、第３の実施形態に係る破
砕容器３０及び破砕媒体３２を示すものである。図９に
示す破砕容器３０は、その底部と蓋体３１の両方に載頭
円錐部３３が形成されており、それに伴って破砕媒体３
２は、図１０（ａ）に示すように、両端に同様の載頭円
錐状の突出端部３２ａが形成されている。また、図１０
（ｂ）（ｃ）に示すように、必要に応じて突出端部３２
ａや破砕媒体３２の全長にわたって１又は複数の放射状
や螺旋状の溝３４を形成することもできる。

【００３４】図１２、図１３は、第４の実施形態に係る
破砕容器３０及び破砕媒体３２を示すものである。図１
２に示す破砕容器３０は、その底部と蓋体３１の両方に
半球部３５が形成され、破砕媒体３２の両端に同様の半
球状の突出端部３２ａが形成されている。また、図１３
（ｂ）（ｃ）に示すように、必要に応じて突出端部３２
ａや破砕媒体３２の全長にわたって１又は複数の放射状
や螺旋状の溝３４を形成することもできる。

【００３５】図９、図１２に示したように、蓋体３１を
含む破砕容器３０の両端部を載頭円錐部３３や半球部３
５や楕円球部等とし、破砕媒体３２の対向する端部外面
をほぼ同様の形状とすると、上記乳鉢−乳棒作用がより
効果的に得られ、さらに効率的に破砕することができ
る。

【００３６】図１５は、第５の実施形態の構成を示すも
ので、杵７１と、臼７２とにより破砕媒体７０を構成す
ることができる。臼７２は、破砕容器３０が図示するよ
うな載頭円錐形のものであるとき、底部外面は載頭円錐
状に形成され、内面側は杵７１の半球状の先端形状に対
応させて半球状に形成される。臼７２を破砕容器３０内
に挿入し、この中に試料７４をを投入し、臼７２内に先
端部を挿入して杵７１を配し、破砕容器３０に振動を加
えると、杵７１と臼７２とが破砕容器３０内で移動し、
良好な破砕結果が得られる。

【００３７】以上説明した破砕容器３０と破砕媒体３
２，７０とによる試料の破砕において、破砕容器３０の
内径と破砕媒体３２の外径の差を２〜１ｍｍ以下とする
と、被破砕物がしなやかな場合でも、破砕媒体３２を確
実に作用させることができて効率的に破砕することがで
きる。

【００３８】また、被破砕物がしなやかで切断され難い
繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合には、破砕
容器３０内に被破砕物を収容した状態で液体窒素浴に入
れて被破砕物を凍結し、凍結真空乾燥すると、被破砕物
が容易に破砕される状態になるので、効率的に破砕する
ことができる。なお、本発明ではドライアイスで冷却す
るだけでも同様の効果を得ることができる。さらに破砕
媒体３２を液体窒素等で被破砕物と共に冷却することに
より破砕の際の発熱を防ぐことができ、また破砕媒体３
２を被破砕物よりもより一層低温に冷却しておけば前記
発熱防止効果は顕著なものとなる。

【００３９】また、被破砕物が同じような動植物組織の
場合に、図２、図４の（ｂ）、（ｃ）や、図１０、図１
３の（ｂ）〜（ｅ）のように溝３４を設けた破砕媒体３
２を用いると、上記のように被破砕物を凍結真空乾燥し
なくても溝部３４で切断され難い繊維質が効果的に切断
されるために、効率的に破砕することができる。また、
この場合に上記のようにドライアイスで冷却することに
より大きな効果を発揮する。

【００４０】また、破砕媒体３２として、その表面を研
磨したチタン製のものを用いると、被破砕物が骨などの
硬い動物組織の場合にも、破砕媒体３２の表面に例えば
ＤＮＡやＲＮＡなどの組成物が残留して次の破砕時にク
ロスコンタミネーションが発生する恐れを無くすことが
できる。

【００４１】また、破砕媒体３２として、炭素鋼などの
金属材料の表面にポリフッ化エチレンでコーティングを
施したものを用いることにより、破砕容器３０に腐食性
の緩衝液や抽出液を収容する場合に耐蝕性を示し、かつ
作用に必要な重量を確保することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明に係る試料破砕
用の破砕容器及び破砕媒体によれば、細長い破砕容器内
にその軸心にほぼ沿った姿勢を維持してほぼ軸心方向に
相対移動する形状及び寸法の破砕媒体を試料と共に収容
して、破砕容器に往復振動を加えることにより、破砕媒
体が相対回転しながら破砕容器の底面に衝突することが
繰り返されるので、破砕容器が乳鉢、破砕媒体が乳棒の
ように作用して試料が効果的に破砕される。試料が大型
の植物組織や動物組織、プラスチック材料、鉱物材料な
どであっても効率的なに破砕することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る破砕容器の構成を示す断
面図。

【図２】第１の実施形態に係る破砕媒体の構成を示す側
面図。

【図３】同上破砕媒体を破砕容器に収容した状態を示す
断面図。

【図４】第２の実施形態に係る破砕容器の構成を示す断
面図。

【図５】第２の実施形態に係る破砕媒体の構成を示す側
面図。

【図６】同上破砕媒体を破砕容器に収容した状態を示す
断面図。

【図７】破砕装置の構成を示す要部断面図。

【図８】環状保持体の構成を示す１／２平面図。

【図９】第３の実施形態に係る破砕容器の構成を示す断
面図。

【図１０】第３の実施形態に係る破砕媒体の構成を示す
側面図。

【図１１】同上破砕媒体を破砕容器に収容した状態を示
す断面図。

【図１２】第４の実施形態に係る破砕容器の構成を示す
断面図。

【図１３】第４の実施形態に係る破砕媒体の構成を示す
側面図。

【図１４】同上破砕媒体を破砕容器に収容した状態を示
す断面図。

【図１５】第５の実施形態に係る破砕容器及び破砕媒体
の構成を示す断面図。

【符号の説明】

３０ 破砕容器 ３１ 蓋体 ３２、７０ 破砕媒体 ３３ 載頭円錐部 ３４ 溝 ３５ 半球部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 一三 名古屋市緑区徳重４−1106 (72)発明者 松岡 信 名古屋市緑区篠の風３−20 滝ノ水住宅 ９−203 (72)発明者 横田 信 大阪府和泉市伯太町５−26−７ (72)発明者 玉井 修 大阪市都島区都島南通２−８−14 (72)発明者 渡部 浩之輔 アメリカ合衆国 イリノイ州62707 スプ リングフィールド ミッショナリー リッ ジ 516 Ｆターム(参考） 2G052 AA28 AA33 AA35 AD21 AD34 FD08 JA15 4D063 FF08 FF21 FF37 GA07 GA10 GB02 GD22 4D067 CG04 GA01 GA16 GA20 GB01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 破砕容器内に破砕対象とする試料と共に
   破砕媒体を収容し、破砕容器を振動させて試料を破砕す
   る用に供する破砕容器及び破砕媒体であって、 破砕容器は、試料の状態を外部から認識できる透明度を
   有する細長い有底筒状体で、その開口部は蓋体によって
   開閉可能に封止できるように形成されてなり、 破砕媒体は、少なくとも破砕容器の一端部に向く先端部
   が破砕容器の一端部形状に対応する形状に形成され、破
   砕容器内にその軸芯にほぼ沿った姿勢を保持してほぼ軸
   芯方向に相対移動する形状及び大きさに形成されてなる
   ことを特徴とする試料破砕用の破砕容器及び破砕媒体。
2. 【請求項２】 破砕容器は少なくとも一端部の内面が略
   半球状ないし円錐状に突出した形状に形成され、破砕媒
   体の対向する端部外面がほぼ同様の形状に形成されてな
   る請求項１に記載の試料破砕用の破砕容器及び破砕媒
   体。
3. 【請求項３】 破砕容器の内径と破砕媒体の外径の差が
   ２〜１ｍｍ以下に形成されてなる請求項１又は２に記載
   の試料破砕用の破砕容器及び破砕媒体。
4. 【請求項４】 破砕媒体の少なくとも一端部表面に１又
   は複数の溝が形成されてなる請求項１〜３いずれか一項
   に記載の試料破砕用の破砕容器及び破砕媒体。
5. 【請求項５】 試料は、液体窒素浴で凍結して凍結真空
   乾燥したものを用いる請求項１〜４いずれか一項に記載
   の試料破砕用の破砕容器及び破砕媒体。
6. 【請求項６】 破砕媒体は、表面を研磨したチタン製で
   ある請求項１〜５いずれか一項に記載の試料破砕用の破
   砕容器及び破砕媒体。
7. 【請求項７】 破砕媒体は、杵と、この杵の先端形状に
   対応する凹部が形成された臼とによって形成されてなる
   請求項１〜６いずれか一項に記載の試料破砕用の破砕容
   器及び破砕媒体。