JP2017072395A - 微細藻類生成物含有量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した測定結果を得ることができる微細藻類生成物含有量測定装置を提供すること。【解決手段】微細藻類を含む培養液３に対し、上方から照明光を照射する光照射ユニット７と、培養液３の上方において、培養液３からの光を検出する光検出ユニット９と、光検出ユニット９で検出した光の強度に基づき、培養液３に含まれる微細藻類生成物の含有量を算出する含有量算出ユニットと、光検出ユニットと培養液３との間に設けられ、光検出ユニットに入射する光の入射方向を制限する入射光制限ユニット１３と、を備える微細藻類生成物含有量測定装置１。【選択図】図１

Description

本発明は微細藻類生成物含有量測定装置に関する。

近年、微細藻類を培養し、その体内に産生される油を燃料等に利用する技術が注目されている。微細藻類を適切に培養するためには、単位量の培養液に含まれる、油等の微細藻類生成物の量を測定する必要がある。微細藻類生成物が例えば油である場合、油の含有量の測定方法として、特許文献１記載の方法が提案されている。この方法では、培養液に対し発光部から光を照射し、培養液を透過した光を受光部で受光する。そして、受光した光における青色光、緑色光、及び赤色光の光強度の比に基づいて油の含有量を推定する。

特開２０１４−１７４０３４号公報

特許文献１記載の測定方法には、発光部と受光部に微細藻類が付着し、測定精度が低下してしまうという問題がある。そこで、その問題を解決するために、反射式の測定方法が考えられる。反射式の測定方法では、光照射ユニットにより、微細藻類を含む培養液に対し、上方から照明光を照射する。そして、培養液中の微細藻類で反射した光を、培養液の上方に設けられた光検出ユニットにより検出する。光検出ユニットで検出した光の強度と、油の含有量との間には相関関係があるので、光検出ユニットで検出した光の強度をその相関関係に当てはめて、油の含有量を推定する。

しかしながら、反射式の測定方法には、培養液の液面で反射した光等の外乱光が光検出ユニットに入射し、測定結果が不安定になるという問題がある。本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、安定した測定結果を得ることができる微細藻類生成物含有量測定装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の微細藻類生成物含有量測定装置は、微細藻類を含む培養液に対し、上方から照明光を照射する光照射ユニットと、培養液の上方において、培養液からの光を検出する光検出ユニットと、光検出ユニットで検出した光の強度に基づき、培養液に含まれる微細藻類生成物の含有量を算出する含有量算出ユニットと、光検出ユニットと培養液との間に設けられ、光検出ユニットに入射する光の入射方向を制限する入射光制限ユニットと備える。

本発明の第１の微細藻類生成物含有量測定装置は、入射光制限ユニットにより、光検出ユニットに外乱光が入射することを抑制できる。その結果、本発明の第１の微細藻類生成物含有量測定装置は、微細藻類生成物の含有量について、安定した測定結果を得ることができる。

本発明の第２の微細藻類生成物含有量測定装置は、微細藻類を含む培養液に対し、上方から照明光を照射する光照射ユニットと、培養液の上方において、培養液からの光を検出する光検出ユニットと、光検出ユニットで検出した光の強度に基づき、培養液に含まれる微細藻類生成物の含有量を算出する含有量算出ユニットと、光照射ユニットと培養液との間に設けられ、培養液の液面において照明光が照射される範囲を制限する照明光制限ユニットとを備える。

本発明の第２の微細藻類生成物含有量測定装置は、照明光制限ユニットを備えることにより、照明光が培養液の液面で反射し、光検出ユニットに入射することを抑制できる。その結果、本発明の第２の微細藻類生成物含有量測定装置は、微細藻類生成物の含有量について、安定した測定結果を得ることができる。

油含有量測定装置１の構成を表す説明図である。 油含有量と光の強度との相関関係を表すグラフである。 測定装置Ｒの構成を表す説明図である。 油含有量測定装置１０１の構成を表す説明図である。 油含有量測定装置２０１の構成を表す説明図である。 光検出ユニット用筒１３の別形態を表す側断面図である。 入射光制限ユニット３５の構成を表す側断面図である。 カバー１４の別形態を表す側断面図である。 カバー１４の別形態を表す側断面図である。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１実施形態＞
１．油含有量測定装置１の構成
油含有量測定装置１の構成を図１に基づき説明する。油含有量測定装置１は、微細藻類を含む培養液３における油含有量を測定する装置である。油含有量とは、単位量の培養液３に含まれる油の量である。培養液３に含まれる油は、微細藻類が産生したものである。

なお、油は微細藻類生成物に対応する。油は微細藻類生成物の一例である。油含有量測定装置１は微細藻類生成物含有量測定装置に対応する。
微細藻類としては、例えば、シュードコリシスチス エリプソイディア、シュードココミクサsp.KJ株（寄託番号FERM P-22254）等が挙げられる。油とは、脂溶性成分の１種である。培養液３は培養槽５に収容されている。培養槽５の上方は開放されている。

油含有量測定装置１は、光照射ユニット７と、光検出ユニット９と、制御部１１と、光検出ユニット用筒１３と、カバー１４とを備える。
光照射ユニット７は培養液３の上方に設けられている。光照射ユニット７は、培養液３に対し上方から照明光を照射する。光照射ユニット７はＬＥＤであり、波長６５６ｎｍの光を照射する。なお、ＬＥＤが照射する光の波長は６５６ｎｍ以外の値であってもよい。光照射ユニット７の光軸１５は鉛直方向に対し傾斜している。照明光の水平方向成分の向きは、光照射ユニット７から光検出ユニット９に向う方向である。

光検出ユニット９は、培養液３の上方に設けられている。光検出ユニット９は、培養液３からの光を検出する。光検出ユニット９は、総ピクセル数が７６８００のカメラである。光検出ユニット９は、光学フィルタ１７を備えている。光学フィルタ１７は、照明光の波長域の光を選択的に透過させる。光検出ユニット９は、その波長域の光を検出可能である。

制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える公知のコンピュータであり、ＲＯＭに記憶されたプログラムにより後述する処理を実行する。
光検出ユニット用筒１３は、光検出ユニット９と培養液３との間に設けられている。光検出ユニット用筒１３は、筒状形状を有する部材である。光検出ユニット用筒１３は、非透光性の材料から成る。非透光性の材料としては、例えば、ポリ塩化ビニール等が挙げられる。光検出ユニット用筒１３は、その軸方向２１における上端１３Ａから下端１３Ｂまで貫通する孔１９を備える。軸方向２１に直交する断面での光検出ユニット用筒１３の断面形状は円形である。

上端１３Ａは光検出ユニット９に接しており、下端１３Ｂは培養液３に接している。軸方向２１は鉛直方向に対し傾斜している。培養液３の液面から、軸方向２１に沿って光検出ユニット９に向うベクトルを想定したとき、そのベクトルの水平方向成分の向きは、照明光における水平方向成分の向きと同じである。光検出ユニット用筒１３のうち、培養液３に浸漬されている部分の深さは、下端１３Ｂにおけるどの場所でも一定である。

光検出ユニット９に入射する光は、孔１９内を、軸方向２１に沿って進む光である。すなわち、光検出ユニット９から見て、軸方向２１、又はそれに近い方向から進んでくる光は光検出ユニット９に入射するが、軸方向２１とは大きく異なる方向から進んでくる光は、光検出ユニット用筒１３によって遮られ、光検出ユニット９に入射しない。よって、光検出ユニット用筒１３は、それが無い場合に比べて、光検出ユニット９に入射する光の入射方向を制限する。

カバー１４は、下方が開口した箱状部材である。カバー１４は、その内部に、光照射ユニット７、光検出ユニット９、制御部１１、及び光検出ユニット用筒１３を収納している。すなわち、カバー１４の側面１４Ａは、上方から見たとき、光検出ユニット９の周囲を覆っている。また、カバー１４の天板１４Ｂは、光検出ユニット９の上方を覆っている。カバー１４の下端１４Ｃは、培養液３に接している。カバー１４は、非透光性の材料から成る。非透光性の材料としては、例えば、ポリ塩化ビニール等が挙げられる。

培養液３の液面のうち、カバー１４の外側の部分で反射した外乱光は、カバー１４により遮られ、光検出ユニット９に入射しない。よって、カバー１４は、それが無い場合に比べて、光検出ユニット９に入射する光の入射方向を制限する。上記の外乱光としては、例えば、太陽光等が挙げられる。

制御部１１は、含有量算出ユニットに対応する。光検出ユニット用筒１３及びカバー１４は、入射光制限ユニットに対応する。
２．油含有量測定装置１を用いた油含有量の測定方法
油含有量測定装置１を用いた油含有量の測定方法を説明する。制御部１１は、図示しない入力装置を用いて、ユーザの測定開始指示を受け付ける。次に、制御部１１は、光照射ユニット７を用いて、照明光を照射する。照明光は培養液３に到達し、その一部は培養液３の液中を進み、微細藻類で反射する。この反射光の一部は、光検出ユニット９に入射する。

このとき、制御部１１は、光検出ユニット９を用いて、培養液３からの光を検出する。培養液３からの光には、照明光が微細藻類で反射した光が含まれる。制御部１１は、光検出ユニット９で検出した光の強度を取得する。制御部１１は、予め、光検出ユニット９で検出した光の強度と、油含有量との関係を規定したマップを備えている。制御部１１は、上記のように取得した光の強度をこのマップに入力することで、油含有量を算出する。

なお、図２に示すように、油含有量と、光検出ユニット９で検出した光の強度との間には高い相関がある。図２における横軸は、核磁気共鳴測定（ＮＭＲ）により正確に測定した油含有量である。図２における縦軸は、核磁気共鳴測定により油含有量を測定したサンプルと同じサンプルについて、光検出ユニット９で検出した光の強度である。

３．油含有量測定装置１が奏する効果
（１Ａ）油含有量測定装置１は、光検出ユニット用筒１３及びカバー１４を備える。光検出ユニット用筒１３及びカバー１４は、光検出ユニット９に入射する光の入射方向を制限する。油含有量測定装置１は、そのことにより、光検出ユニット９に外乱光が入射することを抑制できる。外乱光としては、照明光や太陽光が培養液３の液面で反射した反射光が挙げられる。油含有量測定装置１は、外乱光の入射を抑制することにより、安定した測定結果を得ることができる。

上記の効果は、以下の実験により裏付けられる。まず、油含有量測定装置１を用いて、上述した方法で油含有量の測定を行った。このとき、光検出ユニット９の各ピクセルにおけるセンサ出力の平均、標準偏差、及び中心値を取得した。その結果は以下のとおりであった。

平均：１４３．３
標準偏差：４．５
中心値：１４３．０
一方、油含有量測定装置１から、光検出ユニット用筒１３及びカバー１４を取り外した装置（以下では、測定装置Ｒとする）を用いて、同様の方法で油含有量の測定を２回行った。測定装置Ｒの構成は図３に示すとおりである。測定装置Ｒを用いた場合も、光検出ユニット９の各ピクセルにおけるセンサ出力の平均、標準偏差、及び中心値を取得した。その結果は以下のとおりであった。

平均：１７９．０（１回目の測定）
標準偏差：３０．３（１回目の測定）
中心値：１６９．０（１回目の測定）
平均：１９９．８（２回目の測定）
標準偏差：３９．７（２回目の測定）
中心値：１７８．０（２回目の測定）
以上のように、油含有量測定装置１を用いた場合は、測定装置Ｒを用いた場合に比べて、各ピクセルにおけるセンサ出力のばらつきが顕著に小さかった。このことは、光検出ユニット用筒１３及びカバー１４が、光検出ユニット９に外乱光が入射することを抑制したためであると推測できる。よって、上記の実験結果は、油含有量測定装置１を用いれば、安定した測定結果を得られることを証明している。

（１Ｂ）油含有量測定装置１は、筒状形状を有する光検出ユニット用筒１３を備える。そして、油含有量測定装置１は、光検出ユニット９に入射する光を、孔１９内を進む光に制限する。そのことにより、油含有量測定装置１は、光検出ユニット９への外乱光の入射を一層抑制することができる。

（１Ｃ）油含有量測定装置１は、カバー１４を備える。カバー１４は、光検出ユニット９の周囲のうち、少なくとも一部を覆う不透光性の部材である。油含有量測定装置１は、カバー１４を備えることにより、光検出ユニット９への外乱光の入射を一層抑制することができる。
＜第２実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

油含有量測定装置１０１の構成を図４に基づき説明する。油含有量測定装置１０１は、油含有量測定装置１の各構成に加えて、光照射ユニット用筒２３を備えている。
光照射ユニット用筒２３は、光照射ユニット７と培養液３との間に設けられている。光照射ユニット用筒２３は、筒状形状を有する部材である。光照射ユニット用筒２３は、非透光性の材料から成る。光照射ユニット用筒２３は、その軸方向２５における上端２３Ａから、下端２３Ｂまで、貫通する孔２７を備える。軸方向２５に直交する断面での光照射ユニット用筒２３の断面形状は円形である。

上端２３Ａは光照射ユニット７に接しており、下端２３Ｂは培養液３に接している。軸方向２５は光軸１５と一致する。光照射ユニット用筒２３のうち、培養液３に浸漬されている部分の深さは、下端２３Ｂにおけるどの場所でも一定である。

光照射ユニット７が照射する照明光は、孔２７内を通過し、光照射ユニット用筒２３の外側に広がることはない。そのため、光照射ユニット用筒２３は、それがない場合に比べて、培養液３の液面において照明光が照射される範囲を制限する。光照射ユニット用筒２３は、照明光制限ユニットに対応する。

２．油含有量測定装置１０１が奏する効果
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。

（２Ａ）油含有量測定装置１０１は、光照射ユニット用筒２３により、培養液３の液面において照明光が照射される範囲を制限する。油含有量測定装置１０１は、光照射ユニット用筒２３を備えることにより、照明光が培養液３の液面で反射し、光検出ユニット９に入射することを抑制できる。

（２Ｂ）油含有量測定装置１０１は、筒状形状を有する光照射ユニット用筒２３を備える。油含有量測定装置１０１は、培養液３の液面に照射する照明光を、孔２７内を進む照明光に制限する。そのことにより、照明光が培養液３の液面で反射し、光検出ユニット９に入射することを一層抑制できる。

＜第３実施形態＞
１．第２実施形態との相違点
第３実施形態は、基本的な構成は第２実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第２実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

油含有量測定装置２０１の構成を図５に基づき説明する。油含有量測定装置２０１は、光検出ユニット用筒１３を備えない。
２．油含有量測定装置２０１が奏する効果
以上詳述した第３実施形態によれば、前記第２実施形態における効果（２Ａ）、（２Ｂ）が得られる。
＜その他の実施形態＞
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）前記第１、第２実施形態において、光検出ユニット用筒１３の形態は、図６Ａに示すものであってもよい。図６Ａに示す光検出ユニット用筒１３は、筒状形状の本体部２９と、本体部２９の外側に設けられた反射層３１と、本体部２９の内側に設けられた反射層３３とを備える。本体部２９の材料は、透光性を有する材料であってもよいし、非透光性の材料であってもよい。反射層３１、３３は、例えば、金属薄膜層とすることができる。反射層３１、３３のうち、一方を省略してもよい。

（２）前記第２、第３実施形態において、光照射ユニット用筒２３の形態を、図６Ａに示す光検出ユニット用筒１３と同様のものとしてもよい。
（３）前記第１、第２実施形態において、光検出ユニット用筒１３の代わりに、図６Ｂに示す入射光制限ユニット３５を用いてもよい。入射光制限ユニット３５は、透光性の材料から成る柱状部３７と、その外周面に形成された反射層３９とを備える。

入射光制限ユニット３５は、光検出ユニット９と培養液３との間に設けられる。入射光制限ユニット３５は、その軸方向３６における上端３５Ａにおいて光検出ユニット９に接し、下端３５Ｂにおいて培養液３に接している。

光検出ユニット９に入射する光は、下端３５Ｂから入射し、柱状部３７内を、軸方向３６に沿って、上端３５Ａに向って進む光である。すなわち、光検出ユニット９から見て、軸方向３６、又はそれに近い方向から進んでくる光は光検出ユニット９に入射するが、軸方向３６とは大きく異なる方向から進んでくる光は、反射層３９によって遮られ、光検出ユニット９に入射しない。よって、入射光制限ユニット３５は、それが無い場合に比べて、光検出ユニット９に入射する光の入射方向を制限する。

柱状部３７の材料としては、例えば、ガラス、透明樹脂等が挙げられる。反射層３９としては、例えば、金属薄膜等が挙げられる。下端３５Ｂは、培養液３の液面に接していてもよいし、培養液３の液面の上方にあってもよい。

（４）前記第２、第３実施形態において、光照射ユニット用筒２３の代わりに、図６Ｂに示す入射光制限ユニット３５と同様のものを用いてもよい。
（５）前記第１、第２実施形態において、軸方向２１は鉛直方向であってもよい。また、前記第２、第３実施形態において、軸方向２５は鉛直方向であってもよい。

（６）前記第１〜第３実施形態において、カバー１４の形態は、図７Ａ、又は図７Ｂに示すものであってもよい。図７Ａに示すカバー１４は、透光性の材料から成る底板１４Ｄを備えている。底板１４Ｄを備えることにより、光検出ユニット用筒１３や光照射ユニット用筒２３への培養液３の付着を抑制できる。底板１４Ｄは、培養液３に接していてもよいし、培養液３の液面より上方にあってもよい。

図７Ｂに示すカバー１４は、カバー１４内の空間を区画４１、４３に分ける隔壁１４Ｅを備えている。光照射ユニット７は区画４１に収容され、光検出ユニット９は区画４３に収容される。隔壁１４Ｅを備えることにより、光検出ユニット９へ外乱光が入射することを一層抑制できる。隔壁１４Ｅの下端は、培養液３に接していてもよいし、培養液３の液面より上方にあってもよい。

（７）前記第１〜第３実施形態において、光照射ユニット７は、ハロゲンランプであってもよい。また、光検出ユニット９は、フォトダイオード、分光器、及び環境光センサのうちのいずれかであってもよい。

（８）前記第１〜第３実施形態において、光学フィルタ１７は省略してもよい。
（９）前記第１、第２実施形態において、下端１３Ｂは培養液３に接していてもよいし、培養液３の液面より上方にあってもよい。また、前記第２、第３実施形態において、下端２３Ｂは培養液３に接していてもよいし、培養液３の液面より上方にあってもよい。

（１０）前記第１〜第３実施形態において、カバー１４は省略してもよい。また、前記第１実施形態において光検出ユニット用筒１３を省略してもよい。
（１１）前記第１〜第３実施形態において、油以外の微細藻類生成物の含有量を測定してもよい。

（１２）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（１３）上述した油含有量測定装置の他、当該油含有量測定装置を構成要素とするシステム、制御部１１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、油含有量測定方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１、１０１、２０１…油含有量測定装置、３…培養液、５…培養槽、７…光照射ユニット、９…光検出ユニット、１１…制御部、１３…光検出ユニット用筒、１３Ａ…上端、１３Ｂ…下端、１４…カバー、１４Ａ…側面、１４Ｂ…天板、１４Ｃ…下端、１４Ｄ…底板、１４Ｅ…隔壁、１５…光軸、１７…光学フィルタ、１９…孔、２３…光照射ユニット用筒、２３Ａ…上端、２３Ｂ…下端、２７…孔、２９…本体部、３１、３３…反射層、３５…入射光制限ユニット、３５Ａ…上端、３５Ｂ…下端、３７…柱状部、３９…反射層、４１、４３…区画

Claims (7)

1. 微細藻類を含む培養液に対し、上方から照明光を照射する光照射ユニットと、
   前記培養液の上方において、前記培養液からの光を検出する光検出ユニットと、
   前記光検出ユニットで検出した光の強度に基づき、前記培養液に含まれる微細藻類生成物の含有量を算出する含有量算出ユニットと、
   前記光検出ユニットと前記培養液との間に設けられ、前記光検出ユニットに入射する光の入射方向を制限する入射光制限ユニットと、
   を備える微細藻類生成物含有量測定装置。
2. 請求項１に記載の微細藻類生成物含有量測定装置であって、
   前記入射光制限ユニットは、筒状形状を有し、その内部を前記養液からの光の一部が通過するように配置されている微細藻類生成物含有量測定装置。
3. 請求項１に記載の微細藻類生成物含有量測定装置であって、
   前記入射光制限ユニットは、前記光検出ユニットの周囲のうち、少なくとも一部を覆う部材である微細藻類生成物含有量測定装置。
4. 請求項１又は２に記載の微細藻類生成物含有量測定装置であって、
   前記光照射ユニットと前記培養液との間に設けられ、前記培養液の液面において前記照明光が照射される範囲を制限する照明光制限ユニットをさらに備える微細藻類生成物含有量測定装置。
5. 請求項４に記載の微細藻類生成物含有量測定装置であって、
   前記照明光制限ユニットは、筒状形状を有し、その内部を前記照明光が通過するように配置されている微細藻類生成物含有量測定装置。
6. 微細藻類を含む培養液に対し、上方から照明光を照射する光照射ユニットと、
   前記培養液の上方において、前記培養液からの光を検出する光検出ユニットと、
   前記光検出ユニットで検出した光の強度に基づき、前記培養液における微細藻類生成物の含有量を算出する含有量算出ユニットと、
   前記光照射ユニットと前記培養液との間に設けられ、前記培養液の液面において前記照明光が照射される範囲を制限する照明光制限ユニットと、
   を備える微細藻類生成物含有量測定装置。
7. 請求項６に記載の微細藻類生成物含有量測定装置であって、
   前記照明光制限ユニットは、筒状形状を有し、その内部を前記照明光が通過するように配置されている微細藻類生成物含有量測定装置。