JPH0318937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、細胞膜を破砕して細胞内の小器官等
を分離するために用いるホモジナイザに関し、構
成簡単で安価に製作できると共に破砕効率高く、
しかも、取扱い便利とした連続流動式ホモジナイ
ザに関する。

［従来技術の説明］ 生物、医学、その他の研究分野において、細胞
内のゴルジ体、ミトコンドリア等の小器管その他
酵素等を分離することが必要である。このために
は何らかの手段をもつて細胞を破砕しなければな
らないのであるが、従来の細胞膜破砕装置として
は、超音波を利用するもの、高圧窒素ガス等によ
る圧力をかけこの圧力を急激に除去して細胞膜を
破砕するもの、又、油圧機械により細胞液に圧力
をかけ細孔を通過させて細胞膜を破砕する方式な
どを始めとし、ポツタ型と呼ばれ、管状容器内の
乳棒をスターラと呼ばれる回転駆動装置で回転さ
せつつ管状容器を手動で上下方向に往復運動を与
えて細胞膜を破砕させるようにした方式がある。
なお、既設の回転機を用いて管状容器内の乳棒を
回転させることも行なわれている。

［従来技術の問題点］ これら従来よりの細胞膜破砕装置は、概して破
砕効率が悪く、又、取扱いに不便であつた。例え
ば、広く普及しているポツタ型においては管状体
容器を手動で上下動させねばならず非能率的であ
る。又例えば、その他の超音波や高圧窒素を用い
たものでは装置が大型となり高価な装置となつて
いる。

更に、上記スターラ、又は既設の回転機を用い
て前記乳棒を回転させり場合には、ホモジナイザ
の使用状態、即ち、例えば未乳化組織の性状等に
応じてその回転数を調整することが難かしく、
又、回転速度の変化の特性がホモジナイザ用とし
ては適当でなかつた。ホモジナイザにおいては、
始動時、又は制動時、或いは速度の変化の過程を
連続的、かつ穏やかに、好ましくは一定勾配で行
いたいのである。

［発明の目的］ この発明は上記問題点を改善し、浮棒の回転速
度の特性が良好で破砕効率が高く、しかも、装置
の構成が簡単で安価に製作することのできる細胞
膜破砕用の連続流動式ホモジナイザを提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］ 上記目的を達成するための連続流動式ホモジナ
イザは、上端に未乳化組織導入口を有すると共に
下端に乳化組織排出口を有する管状体容器を着脱
自在に支柱に支持して設け、該管状体容器の内部
に、回転軸を備えた乳棒を前記管状体容器の内面
との間に適宜の細隙をおいて回転自在に配設する
一方、前記回転軸の回転速度を設定する速度設定
手段及び該速度設定手段で設定される速度値に現
在速度を基準として所定の速度勾配で前記回転軸
を速度制御する速度制御手段を具備した回転軸駆
動装置を設けたことを特徴とする。

上記構成の細胞膜破砕用のホモジナイザを使用
するに際しては、先ず例えば動物質供試材料をミ
ンチ状とし緩衝液を加えて細胞液を得、該細胞液
を、支柱に支持されその内部に回転可能の乳棒を
配設し管状体容器上端の未乳化組織導入口に注
ぎ、しかる後前記乳棒を回転駆動軸を介して回転
させるのである。

すると、前記細胞液は管状体容器と乳棒との間
で乳化され細胞膜が破砕されて前記管状体容器の
底部排出口から順次排出されることになる。ここ
に、前記管状体容器の上端には未乳化組織導入口
を設けているので、この導入口から連続して未乳
化の細胞液を導入することができ連続した乳化操
作を行うことができるので、乳化作業を極めて効
率良く行うことができる。

そして、乳棒の回転軸は、速度設定手段で自由
に設定でき、始動時、制動時、或いは速度の変化
時においては速度制御手段の作用により緩やかに
制御されるので、細胞膜の破砕作業を円滑、かつ
効率良く行なうことができることになる。

［実施例の説明］ 以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

第１図は連続流動式ホモジナイザの装置全体を
示す斜視図、第２図は乳棒を備えた管状体容器の
断面図、第３図と第４図は回転軸駆動装置に設け
たワンウエイクラツチの説明図、第５図は回転軸
駆動装置の制御回路のブロツク図、第６図は速度
制限部の回路図、第７図は速度制御状態の説明図
である。

第１図に示すように連続流動式ホモジナイザは
基台１に支柱３を立設し、この支柱に、上端に未
乳化組織導入口５を有すると共に下端に乳化組織
排出口７を有する管状体容器９を着脱自在に支持
して設け、該管状体容器９の内部に回転軸１１を
設けた乳棒１３を前記管状体容器９の内面との間
に適宜の細隙をおいて回転自在に配設する一方、
前記支柱３上端に回転軸駆動装置１５を備え、前
記回転軸１１を回転させるようにしている。１９
はカツプリングを示し、回転軸１１と乳棒１３と
の捩れを吸収する作用をなす。２１は圧力プレー
トの操作桿、２３は圧力プレートを示す。圧力プ
レートは未乳化組織を乳棒１３側に押圧送給する
ためのものである。

支柱３に管状体容器９の把持する取付金具２
５，２７を設けている。

取付金具２５，２７は、管状体容器９に向つて
開いた半円弧状の固定部材２５ａ，２７ａと、蝶
ねじ２５ｂ，２７ｂを回転可能に備えた前記固定
部材と対称な半円弧状の開閉部材２５ｃ，２７ｃ
から成り、前記固定部材２５ａ，２７ｂの一端に
は前記蝶ねじ２５ｂ，２７ｂのねじ部を螺入させ
るタツプ穴を設け、他端には開閉部材２５ｃ，２
７ｃを固定部材２５ｂ，２７ｂに対して回動させ
る蝶番（図示せず）を設けている。又、固定部材
２５ａ，２７ａ、と開閉部材２５ｃ，２７ｃの円
弧状部内側には、それぞれゴム等のクツシヨン
（図示せず）を設け、管状体容器を柔軟に、かつ、
確実に固定できるようにしている。

なお、このクツシヨンを白色、若しくはねずみ
色等色づけしておけば、透明の管状体容器９を透
かして乳化状態が観察でき便利である。

操作部には電源オンオフ用のメインスイツチ２
９、スタートスイツチ３１ａ、ストツプスイツチ
３１ｂ、回転速度設定用のデジタルスイツチ３
３、実際の回転速度を表示するLED式の速度表
示装置３５を設けている。回転軸１１は第３図及
び第４図で詳述する伝動機構を介して第５図〜第
７図で詳述する制御回路により前記デジタルスイ
ツチ３３で定められる速度で一方向（矢印１７の
方向）に回転される。

第２図に示すように、管状体容器９の上端部に
は多量の組織溶液を受けられるように逆円錘状に
開口した未乳化組織（細胞液）導入口５を形成し
ている。管状体容器９の底部には乳化組織排出口
７を設けている。管状体容器９は一般にはガラス
で製作されるが、これに限定されるものではな
い。

第２図は乳棒１３を管状体容器９の略中間位置
に位置させた状態を示し、この状態において、管
状体容器９の上方には未乳化組織（細胞液）を収
納する第１室３５が、下方には乳化後の液を排出
口７に案内する第２室３７が形成されている。乳
棒１３と管状容器９との間の細隙は細胞径より十
分小さい間隔ｄ（0.01〜0.05mm程度）とし、細胞
種に応じて定められるものである。

第２図において乳棒１３に備えた回転軸１１は
矢印１７の方向に回転する。ここで、乳棒１３は
例えばテフロンで製作され、その上方外周面には
案内溝４１，４１を多数設けている。案内溝４
１，４１の深さは、上方では３mm程度で、乳棒の
中央部に行くに従つて、ゼロとなるまで次第に浅
くしている。乳棒１３に上記のような案内溝４
１，４１を設けているので、乳棒１３の矢印１７
方向への回転に伴つて、第１室３５の乳化組織が
乳棒１３の中央部あるいは組織破砕部１３ａに向
つて送給される。組織破砕部１３ａの表面と管状
体容器９の内部表面との間に捕えられた細胞はわ
ずかなすきまになかで穏やかなせん断動作用を引
き起こし効率良く破断される。

第３図は回転軸駆動装置の伝動機構の断面図、
第４図はワンウエイクラツチCRの作動を示す説
明図であり、第４図は第３図で説明するワンウエ
イクラツチの一部拡大平面図に相当する。駆動外
筒４３がモータ４５、ベベル４７および４９を介
して減速され矢印１７の方向に回転駆動される
と、第４図に示したワンウエイクラツチCRの内
面に設けた複数の契状斜面５３がローラ５５，５
５を介して回転軸１１を矢印１７の方向に駆動す
る。なお、ケージ５１には契状斜面５３に対向し
てローラ５５を配設するとともに該ローラ５５を
契状斜面５３方向に付勢するスプリングを設けて
いる。

モータ４５の停止時には第３図において、回転
軸１１を上下方向に位置調整自在であると共に回
転軸１１は着脱自在であるが、回転軸１１を適宜
の位置に固定できるように該回転軸の上方に固定
部材５９を装着している。固定部材５９は手作操
作で回転軸１１に容易に着脱できるように例えば
○−リング、或いはワンタツチ式のゴム栓のごと
きものを使用することができる。

第３図及び第４図において説明した伝動機構の
構成により回転軸１１はワンウエイクラツチ１９
内を上下方向に位置調整、及び着脱自在となる。
従つて、作業開始に当り、第１図に示したような
配置を行うに際し、乳棒１３の高さ位置を管状体
容器９内で自由に位置決めでき、更に、作業終了
後には乳棒１３を回転駆動部から容易に取外すこ
とができる。なお、第３図に２点鎖線てカツプリ
ンク１９を示している。このカツプリングは適宜
に設けられるもので、回転軸１１を乳棒１３側と
駆動装置１５側に分け、この途中に弾性部材を介
在させるものであり、両者の歪を除去する作用を
為す。

第５図に示すように、回転軸駆動装置１５の制
御回路はエンコーダ部６１、Ｆ／Ｖ変換部６３、
誤差増幅部６５、比較部６７、発信部６９、モー
タ駆動部７１、速度設定部７３（第１図に示した
デジタルスイツチ３３に相当する）、速度制御部
７５、基準信号発生部７７、ゼロクロスパルス発
生部７９、ノコギリ波発生部８１、表示駆動部８
３、表示部８５（第１図に示した表示装置３５に
相当する）、電源部８７、動作制御部（第１図に
示したスタートスイツチ３１ａ、スイツプスイツ
チ３１ｂに相当する）を備えて成る。

エンコーダ部６１はモータ４５の回転に比例す
るパルス信号を得るもので、このパルス信号を増
幅部６３、及び表示駆動部８３に提供する。

Ｆ／Ｖ変換部６３は前記エンコーダ部からのパ
ルス信号を直流電圧V_Aに変換するもので、パル
ス数が大なる時は高電圧を小なる時に低電圧を発
生し、これを誤差増幅部６５に提供する。

誤差増幅部６５は、後述する速度制御部７５か
らの速度指令電圧V_Bと前記Ｆ／Ｖ変換部６３か
らの電圧V_Aとの誤差V_B−V_Aを求め、この誤差に
応じて中心電圧（例えば５ボルト）を移動させて
出力電圧V_Dを定めこれを比較部に供給する。な
お、エンコーダからの出力パルスが指令速度に一
致しておれば出力電圧は中心電圧（本例では５ボ
ルト）となり、指令速度を下回つていれば低い電
圧となる。

比較部６７は前記V_Cと後述するノコギリ波発
生部８１からのノコギリ波電圧V_Dを比較し、V_D
≧V_Cのときオン（ハイレベル）、V_D＜V_Cのとき
オフ（ローレベル）の電圧信号V_Eを発振部６９
に与える。従つて、エンコーダの出力パルスが指
令速度を下回つていればノコギリ波V_Dを下方で
切ることになり、オンレベル信号の継続時間を長
く（ハイデユーテイ化）する。

発振部６９は比較部６７からの出力信号V_Eが
ハイレベルの時に発信信号V_Fを出力する。

モータ駆動部７１は後述する電源部８７に供給
される商用電源から交流電源を受けており、この
電源をサイリスタを介してモータ４５に与えるよ
うにしている。そして、このサイリスタは前記発
信部６９からのハイレベル信号で導電されるよう
にしている。従つて、エンコーダからの出力信号
が指令速度を下回つていればハイデユーテイで駆
動され、モータ４５の速度を上昇させることとな
る。

速度設定部７３はデジタルスイツチで設定さ
れ、これは、例えば毎分回転数r.p.m.で指定され
る。又、速度設定部７３にはその内部にカウンタ
ーが設けられていると共に基準信号発信部７７か
らクロツクパルスを得ており、所定時間内に上記
に設定された毎分回転数の設定値をカウントして
いる。そしてこの所定時間内のカウント数、即
ち、設定値に比例したデユーテイを得、これをフ
イルタを通し設定値に比較したV_G電圧を生成し
てこれを速度制限部７５に出力している。

速度制限部７５の詳細を第６図に示した。

速度制限部７５はコンパータCOMPを有し、
接地したコンデンサＣと、前記速度設定部７３か
らの出力V_Gとをプラス及びマイナス端子にそれ
ぞれ接続している。そしてコンパレータCOMP
の出力は抵抗Ｒを介して出力するようにし、出力
端子と入力側プラス端子とを短絡するようにして
いる。なお、速度設定部７３からの出力線に後述
する動作制御部８９からのスイツチング回線SL
が接続されており、ハイレベルの信号が供給され
る場合には論理スイツチRSWが作動し、速度設
定部７３の電圧V_Gをゼロとして出力を低下させ
るようにしている。なお、論理スイツチRSWの
位置は速度設定部７３と速度制限部７５との間に
設けたけれども、速度設定部７３の内部にこの機
能を設けるようにしても良い。

第７図を用いて第６図に示した回路の作用を説
明する。

今、時刻t₀で指令電圧V₁の速度指令が与えられ
たとする。このとき、速度制限部７５はその電圧
V₁をそのまま出力することなく、一定の勾配
（Ｑ）で上昇させて行く。指令電圧V₁に達した後
はこの電圧V₁を出力する。時刻t₁で指令電圧が
V₂に変更されたとしても前記同様その出力電圧
が次第に上げて行くことができる。そして、時刻
t₂で指令電圧がゼロとされたとしても、その電圧
降下は一定勾配で行なわれる。なお、論理スイツ
チRSWが作動した場合も指令電圧がゼロとされ
た場合と同様である。又なお、非常停止の場合に
は第１図に示した電源のメインスイツチ２９がオ
フされるのでこの場合には急停止を行うことにな
る。

基準信号発生部７７は前記した速度設定部７３
にクロツクパルスを提供すると共に後述する表示
駆動部８３にもクロツクパルスを提供している。

ゼロクロスパルス発生部７９はモータの駆動電
源と同一電源の全波整流波のゼロ電圧でパルス信
号を発生する。

ノコギリ波派生部８１はゼロクロスパルス発生
部７９からの受信パルス毎に１回のノコギリ波を
生成し、これを前記比較部６７に出力電圧V_Dと
して出力している。

表示駆動部８３はその内部にカウンタを有し前
記基準信号発生部７７からのクロツクパルスと前
記エンコーダ部６１からのパルス信号を受けて、
所定時間のエンコーダ部６１からのパルス数をカ
ウントし、モータ４５の回転数を得ている。そし
て、このカウント結果をドライバを介して速度表
示部８５に出力している。

速度表示部８５はLEDで構成され、７本のセ
グメイトを適宜に発光させてモータの回転数を表
示する。電源部８７は交流100Vを受け、これを
適宜変圧、又は整流し、モータ駆動部７１へ、ゼ
ロクロスパルス発生部７９へ、更に又その他の部
所に供給している。

動作制御部８９は第１図に示したスタートスイ
ツチ３１ａ、又はストツプスイツチ３１ｂを処理
してその結果を第６図に示した論理スイツチ
RSWに供給するものでその内部に論理回路を設
けている。そして、スタートスイツチがオンされ
た場合には、論理スイツチRSWが開き、ストツ
プスイツチがオンされた場合には論理スイツチ
RSWを閉じ、速度設定部７３の出力電圧をゼロ
とする。そして両者が共に操作された場合にはス
トツプスイツチの方を優先させるようにしてい
る。

以上の制御回路の構成により、モータ４５は円
滑な作動をなし、乳棒に無理な力を加えることが
ない。

第１図に基づいて乳化作業についての補足説明
をする。

先ず、予め第１図に示すように装置を組み立
て、管状体容器９の中で乳棒１３が所望の高さ位
置に来るように調整する。乳棒１３の高さ位置の
調整は回転軸１１をワンウエイクラツチ１９内で
自由に上下移動させて行うことができる。又、こ
の際、回転軸１１の途中にカツプリング１９（第
３図参照）を介在させておけば、乳棒Ｂの管状体
容器９内での横方向位置はカツプリング１９が許
容するズレの許容角の範囲内で許されるので、そ
れほど微妙に調整することを用さない。

スイツチ２９をオンし、デジタルスイツチ３３
を所望の速度値に合わせスタートスイツチ３１を
オンすれば第７図に示すように回転軸１１は次第
にその速度を増加して所望の速度で回転するよう
になり、その速度値は速度表示器３５に表示され
る。

導入口５より注入された未乳化組織（細胞液）
は第２図に示した乳棒１３の外周面に沿つて、そ
の上端から案内溝４１に入り細胞破砕部１３ａに
送られ、細胞破砕部外面と管状体容器内周面との
間で細胞膜を破砕され排出口７より順次連続的に
排出される。なお、この作業の途中において一時
モータを停止し、乳棒位置を変更することは容易
に可能である。この場合においても回転軸１１は
緩かやかに停止するので未乳化組織は乱流を生ず
ることがなく次の乳化作業を待つことができる。

細胞液の乳化が終了すればモータを停止して乳
棒１３を上方に上げ、蝶ねじ２５ｂ，２７ｂを緩
め、管状体容器９を取り外せば良い。しかる後、
乳棒１３の洗浄作業を行う場合には乳棒を下方に
下げその回転軸をワンウエイクラツチから外せば
良い。

なお、上記例においてはデジタルスイツチ３３
を用いて回転軸の速度調整を行つたが、回転つま
み（ボリユーム）により速度調整することも可能
である。

［発明の効果］ 本発明は、上端に未乳化組織導入口を有すると
共に下端に乳化組織排出口を有する管状体容器を
着脱自在に支柱に支持して設け、該管状体容器の
内部に、回転軸を備えた乳棒を前記管状体容器の
内面との間に適宜の細隙をおいて回転自在に配設
する一方、前記回転軸の回転速度を設定する速度
設定手段及び該速度設定手段で設定される速度値
に現在速度を基準として所定の速度勾配で前記回
転軸を速度制御する速度制御手段を具備した回転
軸駆動装置を設けたことを特徴すとる連続流動式
ホモジナイザである。

従つて、乳棒の回転速度の特性が良好であり、
破砕効率が高く、しかも、装置の構成が簡単で安
価に製作できる。

なお、駆動部にワンウエイクラツチを設けたの
で乳棒の高さ位置を自由に調整でき、容器の内部
側壁が摩耗して乳棒の外部表面との隙間が許容範
囲を越えた場合には、回転軸を移動させて乳棒を
管状体容器内で上下方向に動かすことができ、容
器の有効寿命を著しく向上することができるなど
の利点を有するものである。

なお、本発明は前述の実施例に限定されるもの
ではなく、前述の実施例以外の態様によつて本発
明の実施は可能である。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示し、第１図
は装置全体の斜視図、第２図は乳棒を装着した状
態を示す管状体容器の拡大断面図、第３図は駆動
部の拡大縦断面説明図、第４図はワンウエイクラ
ツチの作動状態を示す平面説明図、第５図は回転
軸駆動装置の制御回路のブロツク図、第６図は速
度制限部の回路図、第７図は速度制御状態の説明
図である。 １……基台、３……支柱、５……未乳化組織導
入口、７……乳化組織排出口、９……管状体容
器、１１……回転軸、１３……乳棒、１５……回
転軸駆動装置、１９……カツプリング、３１ａ…
…スタートスイツチ、３１ｂ……ストツプスイツ
チ、３３……デジタルスイツチ、３５……速度表
示器、７３……速度設定部、７５……速度制限
部、CR……ワンウエイクラツチ、RSW……論理
スイツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上端に未乳化組織導入口を有すると共に下端
   に乳化組織排出口を有する管状体容器を着脱自在
   に支柱に支持して設け、該管状体容器の内部に、
   回転軸を備えた乳棒を前記管状体容器の内面との
   間に適宜の細隙をおいて回転自在に配設する一
   方、前記回転軸の回転速度を設定する速度設定手
   段及び該速度設定手段で設定される速度値に現在
   速度を基準として所定の速度勾配で前記回転軸を
   速度制御する速度制御手段を具備した回転軸駆動
   装置を設けたことを特徴とする連続流動式ホモジ
   ナイザ。