JP6476312B2 - 光合成マイクロ流体チャンバ及び光合成の方法 - Google Patents

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Description

本発明は光合成マイクロ流体チャンバ及び光合成の方法に関する。
近年、気候変動の要因として人類の活動で生じた二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素等のいわゆる温室ガス濃度が上昇して、温室効果を招き、世界中の温度が上昇している。温度の上昇で蒸発量が増加して、ヒートバランスシステムが変化し、ひいては降雨域の分布が変化して、元来前記降雨域で旱魃が起こり、元々旱魃な地方で水害が発生している。食糧作物の生産では、温度変化のみならず、作物が水分を必要とする季節に水分が得られず、或いは逆に水分が多過ぎて、作物の生産量が目に見えて低下している。
気候変動は水資源の危機を引き起こす他に、連鎖反応で更に食糧安全保障にも影響する。国連における世界の土地資源に関する見積もりによると、世界の四分の一に近い農地の後退が酷いのに対し、世界の人口は逆に増え続けており、全人類を養うには、2050年までに70％の食糧増産が必至である。
従って、今後直面する食糧不足をどのように解決し、また、温室ガス排出を如何に効果的に削減するか等といった課題が、目下各界で解決が待たれる喫緊の技術的課題である。
上記の目的及びその他の目的を達するために、本発明は、少なくとも１つの連通スペースと、前記少なくとも１つの連通スペースにそれぞれ連接される複数のマイクロ流体チャネルと、前記少なくとも１つの連通スペースにそれぞれ連接される少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルと、前記複数のマイクロ流体チャネルと前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルの他端にそれぞれ連接される複数のフィルタプラグと、前記少なくとも１つの連通スペース、前記複数のマイクロ流体チャネル、及び前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルを照射する光源とを含み、葉緑体と生理食塩水は前記少なくとも１つの連通スペース、前記複数のマイクロ流体チャネル、及び前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルに注入されることを特徴とする光合成マイクロ流体チャンバを提供する。
このうち、生理食塩水は、絶え間なく前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルから前記少なくとも１つの連通スペースと前記複数のマイクロ流体チャネルに注入され、前記複数のフィルタプラグは前記葉緑体の流出を防止する。
また、前記複数のマイクロ流体チャネルと前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルは回転可能である。
さらに、前記少なくとも１つの連通スペースが複数の連通スペースである場合、前記複数の連通スペースを連接するための少なくとも１つの連通スペースマイクロ流体チャネルを更に含み、前記少なくとも１つの連通スペースマイクロ流体チャネルは回転可能である。
本発明は、葉緑体と生理食塩水を光合成マイクロ流体チャンバに注入するステップと、少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルから生理食塩水を絶え間なく注入するステップと、前記光合成マイクロ流体チャンバに光線を照射するステップとを含み、前記光合成マイクロ流体チャンバは、少なくとも１つの連通スペースと、複数のマイクロ流体チャネルと、前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルと、複数のフィルタプラグとを含み、前記複数のマイクロ流体チャネルと前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルは、前記少なくとも１つの連通スペースにそれぞれ連接され、前記複数のフィルタプラグは前記複数のマイクロ流体チャネルと前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルの他端にそれぞれ連接されることを特徴とする光合成の方法を提供する。
このうち、前記少なくとも１つの連通スペースが複数の連通スペースである場合、前記複数の連通スペースを連接するための少なくとも１つの連通スペースマイクロ流体チャネルを更に含み、前記少なくとも１つの連通スペースマイクロ流体チャネルは回転可能である。
また、前記複数のマイクロ流体チャネルと前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルは回転可能である。
本発明で提供する光合成マイクロ流体チャンバは植物の体内で行う必要がなく、葉緑体を抽出出来さえすれば、植物の体外で効果的に光合成を行うことができ、首尾よくブドウ糖を得てカロリー食品の源とすることができ、空気中の二酸化炭素を削減することもできる。
本発明の実施形態における光合成マイクロ流体チャンバを示している。 本発明の実施形態における光合成マイクロ流体チャンバを示している。 本発明の実施形態における光合成の方法を示している。 図1における光合成マイクロ流体チャンバの光合成反応後のブドウ糖量の模式図である。
以下、本発明の実施形態にもとづき、光合成マイクロ流体チャンバについて記述する。
図1は、本発明の実施形態における光合成マイクロ流体チャンバを示している。
図１に示されるように、光合成マイクロ流体チャンバ１００は、連通スペース１０１、複数のマイクロ流体チャネル１０２、食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３、複数のフィルタプラグ１０４、及び光源１０５を含む。本発明の実施形態では、例えば、光合成マイクロ流体チャンバの体積は３．５ｃｍ*３．５ｃｍ*０．７ｃｍであるが、これに限定されない。例えば、連通スペース１０１は直径２ｃｍの円であるが、これに限定されない。本発明の実施形態では、連通スペース１０１、マイクロ流体チャネル１０２、及び食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３はガラス等といった透明な材質である。マイクロ流体チャネル１０２と食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３の一端はそれぞれ連通スペース１０１に連接される。マイクロ流体チャネル１０２と食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３の他端はそれぞれフィルタプラグ１０４に連接される。葉緑体１０６と生理食塩水は、光合成マイクロ流体チャンバ１００内の連通スペース１０１、複数のマイクロ流体チャネル１０２、及び食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３を満たすように注入される。光源１０５は、連通スペース１０１と複数のマイクロ流体チャネル１０２を照射し続けて、葉緑体１０６の光合成を行う。本発明の実施形態では、マイクロ流体チャネル１０２と食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３は回転可能で、これにより葉緑体１０６はその中に均等に分布することができる。
本発明の実施形態では、生理食塩水は継続して食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３から連通スペース１０１と複数のマイクロ流体チャネル１０２に注入されて、連通スペース１０１と複数のマイクロ流体チャネル１０２内の葉緑体１０６を絶え間無く掻き乱すことで、葉緑体１０６は連通スペース１０１と複数のマイクロ流体チャネル１０２内に分散し続けて、効果的に光合成を行うことができる。このうち、フィルタプラグ１０４は葉緑体１０６が光合成マイクロ流体チャンバ１００から流出するのを防止するためのものである。
図２は、本発明の実施形態における光合成マイクロ流体チャンバを示している。
図２に示されるように、光合成マイクロ流体チャンバ２００は、複数の連通スペース２０１、複数のマイクロ流体チャネル２０２、食塩水注入マイクロ流体チャネル２０３、複数のフィルタプラグ２０４、光源２０５、及び連通スペースマイクロ流体チャネル２０７を含む。本発明の実施形態では、光合成マイクロ流体チャンバが２つ以上の連通スペースを有する場合、連通スペースマイクロ流体チャネルは連通スペースを連接するのに用いる。例えば、連通スペースマイクロ流体チャネル２０７は連通スペース２０１を連接するためのものである。本発明の実施形態では、連通スペースマイクロ流体チャネル２０７は回転可能であり、これによって葉緑体２０６は連通スペースマイクロ流体チャネル２０７内で均等に分布することができる。図２の複数の連通スペース２０１、複数のマイクロ流体チャネル２０２、食塩水注入マイクロ流体チャネル２０３、複数のフィルタプラグ２０４、及び光源２０５と、図１の連通スペース１０１、複数のマイクロ流体チャネル１０２、食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３、複数のフィルタプラグ１０４、及び光源１０５の実施方法は同じであることから、ここでは重複して記述しないこととする。なお、この実施形態では、２つの連通スペースと１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルを利用しているが、これに限定されない。また、他の実施形態では、複数の食塩水注入マイクロ流体チャネルを利用することもできる。
図３は、本発明の実施形態における光合成の方法を示している。
ステップＳ３１では、葉緑体と生理食塩水を光合成マイクロ流体チャンバに注入するが、このうち、光合成マイクロ流体チャンバは、少なくとも１つの連通スペースと、複数のマイクロ流体チャネルと、少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルと、複数のフィルタプラグとを含み、複数のマイクロ流体チャネルと少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルは、少なくとも１つの連通スペースにそれぞれ連接され、複数のフィルタプラグは複数のマイクロ流体チャネルと少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルの他端にそれぞれ連接される。本発明の実施形態では、少なくとも１つの連通スペースが複数の連通スペースである場合、複数の連通スペースを連接するための少なくとも１つの連通スペースマイクロ流体チャネルを更に含む。本発明の実施形態では、マイクロ流体チャネル、食塩水注入マイクロ流体チャネル、及び連通スペースマイクロ流体チャネルは回転可能である。また、ステップＳ３２では、少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルから生理食塩水を絶え間なく注入する。さらに、ステップＳ３３では、光合成マイクロ流体チャンバに光線を照射する。
図４は、図1における光合成マイクロ流体チャンバの光合成反応後のブドウ糖量の模式図である。
図１では生理食塩水は絶え間なく食塩水注入マイクロ流体チャネル１０３から連通スペース１０１と複数のマイクロ流体チャネル１０２内に注入されるため、光合成反応後に、ブドウ糖を含有する生理食塩水も絶え間なく複数のフィルタプラグ１０４から流出する。図４では、ブドウ糖の含有量は複数のフィルタプラグ１０４から流出した液体を計測することで分かる。図４に示されるように、１時間経過後に、ブドウ糖量は約０．２５ｇ／ｍｌとなり、２時間経過後には約０．５ｇ／ｍｌ、６時間経過後には約２．０ｇ／ｍｌとなる。
本発明で提供する光合成マイクロ流体チャンバは植物の体内で行う必要がなく、葉緑体を抽出出来さえすれば、植物の体外で効果的に光合成を行うことができ、首尾よくブドウ糖を得てカロリー食品の源とすることができ、空気中の二酸化炭素を削減することもできる。
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
１００、２００ 光合成マイクロ流体チャンバ
１０１、２０１ 連通スペース
１０２、２０２ マイクロ流体チャネル
１０３、２０３ 食塩水注入マイクロ流体チャネル
１０４、２０４ フィルタプラグ
１０５、２０５ 光源
１０６、２０６ 葉緑体
２０７ 連通スペースマイクロ流体チャネル
Ｓ３１〜Ｓ３３ ステップ

Claims (4)

  1. 葉緑体と生理食塩水が注入される光合成マイクロ流体チャンバであって、
    少なくとも１つの連通スペースと、
    前記少なくとも１つの連通スペースにそれぞれ連接される複数のマイクロ流体チャネルと、
    前記少なくとも１つの連通スペースにそれぞれ連接される少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルと、
    前記複数のマイクロ流体チャネルと前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルの他端にそれぞれ連接される複数のフィルタプラグと、
    前記少なくとも１つの連通スペース、前記複数のマイクロ流体チャネル、及び前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルを照射する光源と、を含み、
    前記複数のフィルタプラグは前記葉緑体の流出を防止することを特徴とする、光合成マイクロ流体チャンバ。
  2. 前記少なくとも１つの連通スペースが複数の連通スペースである場合、前記複数の連通スペースを連接するための少なくとも１つの連通スペースマイクロ流体チャネルを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の光合成マイクロ流体チャンバ。
  3. 葉緑体と生理食塩水を光合成マイクロ流体チャンバに注入するステップと、
    少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルから前記生理食塩水を絶え間なく注入するステップと、
    前記光合成マイクロ流体チャンバに光線を照射するステップと、を含み、
    前記光合成マイクロ流体チャンバは、少なくとも１つの連通スペースと、複数のマイクロ流体チャネルと、前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルと、複数のフィルタプラグとを含み、前記複数のマイクロ流体チャネルと前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルは、前記少なくとも１つの連通スペースにそれぞれ連接され、前記複数のフィルタプラグは、前記複数のマイクロ流体チャネルと前記少なくとも１つの食塩水注入マイクロ流体チャネルの他端にそれぞれ連接され、前記複数のフィルタプラグは前記葉緑体の流出を防止することを特徴とする、光合成の方法。
  4. 前記少なくとも１つの連通スペースが複数の連通スペースである場合、前記複数の連通スペースを連接するための少なくとも１つの連通スペースマイクロ流体チャネルを更に含むことを特徴とする、請求項３に記載の光合成の方法。
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