JPH03195485A - エレクトロポレーション装置 - Google Patents
エレクトロポレーション装置Info
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- JPH03195485A JPH03195485A JP1335500A JP33550089A JPH03195485A JP H03195485 A JPH03195485 A JP H03195485A JP 1335500 A JP1335500 A JP 1335500A JP 33550089 A JP33550089 A JP 33550089A JP H03195485 A JPH03195485 A JP H03195485A
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Links
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Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は細胞懸濁液に高圧直流パルスを印加放電させ
て細胞を局所的に破砕し細胞内に遺伝子を導入する等に
使用されるエレクトロポレーション装置に関するもので
ある。
て細胞を局所的に破砕し細胞内に遺伝子を導入する等に
使用されるエレクトロポレーション装置に関するもので
ある。
[従来の技術]
細胞およびDNAの懸濁液に高電圧放電を行い動物や植
物の細胞等にクーロン化DNAを導入する方法が知られ
ており、高電圧パルスを利用して細胞融合や遺伝子導入
をするエレクトロポレーション装置が市販されてきた。
物の細胞等にクーロン化DNAを導入する方法が知られ
ており、高電圧パルスを利用して細胞融合や遺伝子導入
をするエレクトロポレーション装置が市販されてきた。
このような装置では多くの場合燐酸塩緩衝食塩(PBS
)水に細胞を懸濁させ、これにクーロンDNAを添加す
るものであるが、遺伝子導入に必要な電圧、電流の大き
さは細胞およびDNAの種類によって条件が異なり、高
い導入効率を得るためには高電圧の印加を適確に制御し
なければならない。
)水に細胞を懸濁させ、これにクーロンDNAを添加す
るものであるが、遺伝子導入に必要な電圧、電流の大き
さは細胞およびDNAの種類によって条件が異なり、高
い導入効率を得るためには高電圧の印加を適確に制御し
なければならない。
このような高電圧パルスを細胞懸濁液に印加する技術の
一つとして特開昭63−35177号公報にコンデンサ
に充電された高電圧をスイッチング素子である半導体制
御整流器SCRを介して前記細胞懸濁液に放電させる技
術が開示されている。
一つとして特開昭63−35177号公報にコンデンサ
に充電された高電圧をスイッチング素子である半導体制
御整流器SCRを介して前記細胞懸濁液に放電させる技
術が開示されている。
このような技術のエレクトロポレーション装置には、第
11図に示すように5CR1〜3を縦続接続してこれら
SCHのゲートにトランスTGを介してトリガー電圧V
gを加えて導通状態にし、放電用コンデンサCに蓄えら
れた電荷を電極Pより細胞懸濁液に印加放電させて電極
1間に介在する懸濁液内の細胞にDNAを導入する方式
するものがある。
11図に示すように5CR1〜3を縦続接続してこれら
SCHのゲートにトランスTGを介してトリガー電圧V
gを加えて導通状態にし、放電用コンデンサCに蓄えら
れた電荷を電極Pより細胞懸濁液に印加放電させて電極
1間に介在する懸濁液内の細胞にDNAを導入する方式
するものがある。
また高電圧をコンデンサCに充電する方法として第12
図に示すように交流電源をスライダックVT、電源トラ
ンスTを通して昇圧し、さらに整流器RC1,2とコン
デンサC1,2とで直流化して得られる直流高電圧Eを
抵抗R3および開閉器SWを介して放電用コンデンサC
に所定の電圧Eを充電しするものが知られており、電圧
がIK■程度、電流は50A程度供給できる装置が製作
されている。
図に示すように交流電源をスライダックVT、電源トラ
ンスTを通して昇圧し、さらに整流器RC1,2とコン
デンサC1,2とで直流化して得られる直流高電圧Eを
抵抗R3および開閉器SWを介して放電用コンデンサC
に所定の電圧Eを充電しするものが知られており、電圧
がIK■程度、電流は50A程度供給できる装置が製作
されている。
所定の電圧Eを得る方法としては、第12図に示すよう
な交流電圧をスライダックVTにより可変して行う方法
のほか高圧直流電源の電圧設定用の可変抵抗による方法
も知られている。
な交流電圧をスライダックVTにより可変して行う方法
のほか高圧直流電源の電圧設定用の可変抵抗による方法
も知られている。
[発明が解決しようとする課題]
上記した従来の装置の問題点の第一は放電用のスイッチ
ング素子として立ち上がり時間が10μs程度と比較的
遅いSCRを使用しているのでON動作の遅れにより第
7図の破線曲線に示すように懸濁液に印加される実際の
放を電圧のピーク値Vがコンデンサに充電した設定電圧
Eより低くなってしまう問題がある。
ング素子として立ち上がり時間が10μs程度と比較的
遅いSCRを使用しているのでON動作の遅れにより第
7図の破線曲線に示すように懸濁液に印加される実際の
放を電圧のピーク値Vがコンデンサに充電した設定電圧
Eより低くなってしまう問題がある。
第二点としては細胞懸濁液に印加される放電波形の内で
細胞内へのDNA導入に寄与する部分は放電初期の高電
圧部分であるが、従来の装置はスイッチング素子として
SCRを用いていたので放電途中で出力をOFFするこ
とができず、したがって時間幅の短い高電圧波形の繰り
返し時間を短縮して導入効率を高めることができなかっ
た。
細胞内へのDNA導入に寄与する部分は放電初期の高電
圧部分であるが、従来の装置はスイッチング素子として
SCRを用いていたので放電途中で出力をOFFするこ
とができず、したがって時間幅の短い高電圧波形の繰り
返し時間を短縮して導入効率を高めることができなかっ
た。
第三点としてはコンデンサの充電電圧が所定の電圧E、
つまり第6図のb充電曲線に示すように所定の飽和電圧
Eに達するまでに長い時間t2を必要としていたことで
、このため繰り返し放電を出力する場合にその放電出力
間隔が充電時間で制約され、高圧放電の出力間隔を短縮
することができないという問題もあった。
つまり第6図のb充電曲線に示すように所定の飽和電圧
Eに達するまでに長い時間t2を必要としていたことで
、このため繰り返し放電を出力する場合にその放電出力
間隔が充電時間で制約され、高圧放電の出力間隔を短縮
することができないという問題もあった。
第四点としては懸濁液に印加される放電波形の時定数も
ピーク電圧値と共にDNA導入のための重要なファクタ
ーであるが、この時定数が予測値と実際の実効値とで大
幅にずれてしまうことである。このことは細胞を含む懸
濁液の抵抗値が細胞濃度や印加電圧値で変動するためで
、実効的な時定数を求めるにはオシロスコープ等を用い
て波形観測しながら行う必要があるが、このような操作
は傾雑であり一般的に行なうに適した方法ではない。
ピーク電圧値と共にDNA導入のための重要なファクタ
ーであるが、この時定数が予測値と実際の実効値とで大
幅にずれてしまうことである。このことは細胞を含む懸
濁液の抵抗値が細胞濃度や印加電圧値で変動するためで
、実効的な時定数を求めるにはオシロスコープ等を用い
て波形観測しながら行う必要があるが、このような操作
は傾雑であり一般的に行なうに適した方法ではない。
このように従来の装置は多くの問題を含んでいるが、こ
の発明はこれらの問題を解決するためになされたもので
、印加放電に対するスイッチング特性を大幅に向上させ
ると共に放電波形のピーク値と時定数を正確に把握して
、DNA導入効率を向上させたエレクトロポレーション
装置を提供することを目的としている。
の発明はこれらの問題を解決するためになされたもので
、印加放電に対するスイッチング特性を大幅に向上させ
ると共に放電波形のピーク値と時定数を正確に把握して
、DNA導入効率を向上させたエレクトロポレーション
装置を提供することを目的としている。
[課題を解決するための手段]
この発明は、高圧直流電源と、この高圧直流電源の出力
を放電用コンデンサに充電すための開閉手段と、この開
閉手段のON、OFFを制御する充電電圧制御手段と、
前記放電用コンデンサに充電された電荷を電極を介して
細胞懸濁液に印加放電するスイッチング制御手段と、こ
のスイッチング制御手段のON、OFFを制御する手段
とを備えたエレクトロポレーション装置において、前記
スイッチング制御手段のON、OFF用のスイッチング
素子にMOSFETを使用することを特徴としている。
を放電用コンデンサに充電すための開閉手段と、この開
閉手段のON、OFFを制御する充電電圧制御手段と、
前記放電用コンデンサに充電された電荷を電極を介して
細胞懸濁液に印加放電するスイッチング制御手段と、こ
のスイッチング制御手段のON、OFFを制御する手段
とを備えたエレクトロポレーション装置において、前記
スイッチング制御手段のON、OFF用のスイッチング
素子にMOSFETを使用することを特徴としている。
また上記と同様な構成のエレクトロポレーション装置に
おいて、上記高圧直流電源の出力電圧は上記放電用コン
デンサに充電すべき設定電圧より所定値高く設定すると
共に上記充電電圧制御手段は電圧値検知手段を備え前記
放電用コンデンサに対する充電電圧が前記設定電圧に達
したことを検知して上記開閉手段をOFFに制御するこ
とも特徴としている。
おいて、上記高圧直流電源の出力電圧は上記放電用コン
デンサに充電すべき設定電圧より所定値高く設定すると
共に上記充電電圧制御手段は電圧値検知手段を備え前記
放電用コンデンサに対する充電電圧が前記設定電圧に達
したことを検知して上記開閉手段をOFFに制御するこ
とも特徴としている。
さらに上記と同様な構成のエレクトロポレーション装置
において、細胞懸濁液に印加する放電波形のピーク電圧
値および同波形の時定数を測定し表示する回路を具備し
たことも特徴としている。
において、細胞懸濁液に印加する放電波形のピーク電圧
値および同波形の時定数を測定し表示する回路を具備し
たことも特徴としている。
[作用]
このように構成することにより、スイッチング素子に立
ち上がり時間が短いM OS F E Tを使用してい
るのでスイッチング特性を向上させることができる。
ち上がり時間が短いM OS F E Tを使用してい
るのでスイッチング特性を向上させることができる。
またスイッチング素子にM OS F E ’I’を使
用することによりON、OFFの制御が容易になり実効
的な時定数を短く設定でき、放電繰り返し時間を短くす
ることもできる。
用することによりON、OFFの制御が容易になり実効
的な時定数を短く設定でき、放電繰り返し時間を短くす
ることもできる。
また放電用コンデンサに対する充電時間を早くすること
ができるので放電繰り返し時間を短くすることができる
。
ができるので放電繰り返し時間を短くすることができる
。
さらに懸濁液に印加される放電波形のピーク値と時定数
が適確に把握され、遺伝子導入条件を正確に設定できる
。
が適確に把握され、遺伝子導入条件を正確に設定できる
。
[実施例]
以下図面にしたがってこの発明の一実施例を説明する。
第1図はこの実施例の構成を示すブロック回路であり、
放電用の高圧直流電圧を発生する高圧直流電源1の直流
出力は、水銀リレーやSCRで構成されそのON、OF
Fは高圧直流電源1の出力電圧値にもとすいて充電電圧
制御回路2により制御される開閉器3を介して放電用コ
ンデンサCを充電するように構成されており、さらにこ
のコンデンサCはMo5t”ETをスイッチング素子と
しそのON、OFFは制御回路4により制御されるスイ
ッチング制御回路5の入力Iに、またスイッチング制御
回#I5の出力■は装置の出力端子を通してコンデンサ
Cに充電された高圧直流電圧を細胞懸濁液を収容するチ
ャンバー6内に設けられ懸濁液に電圧を印加するための
電極Pに接続されている。さらにスイッチング制御回路
5の出力■は懸濁液に印加する電圧のピーク値と放電パ
ルスの時定数を測定するピーク電圧&時定数測定回路7
に接続されており、この測定回路7で測定されたピーク
値や時定数などの測定データはデータ表示回路8により
表示されるようになっている。
放電用の高圧直流電圧を発生する高圧直流電源1の直流
出力は、水銀リレーやSCRで構成されそのON、OF
Fは高圧直流電源1の出力電圧値にもとすいて充電電圧
制御回路2により制御される開閉器3を介して放電用コ
ンデンサCを充電するように構成されており、さらにこ
のコンデンサCはMo5t”ETをスイッチング素子と
しそのON、OFFは制御回路4により制御されるスイ
ッチング制御回路5の入力Iに、またスイッチング制御
回#I5の出力■は装置の出力端子を通してコンデンサ
Cに充電された高圧直流電圧を細胞懸濁液を収容するチ
ャンバー6内に設けられ懸濁液に電圧を印加するための
電極Pに接続されている。さらにスイッチング制御回路
5の出力■は懸濁液に印加する電圧のピーク値と放電パ
ルスの時定数を測定するピーク電圧&時定数測定回路7
に接続されており、この測定回路7で測定されたピーク
値や時定数などの測定データはデータ表示回路8により
表示されるようになっている。
またこれら高圧直流電源1.充電電圧制御回路2、スイ
ッチング制御回路5.ピーク電圧&時定数測定回路7の
それぞれを制御回路4を介して操作制御するための操作
パネル9が設けられて装置が構成されている。
ッチング制御回路5.ピーク電圧&時定数測定回路7の
それぞれを制御回路4を介して操作制御するための操作
パネル9が設けられて装置が構成されている。
第2図は同実施例の高圧直流電源1と充電電圧制御回路
2の概略構成を示す回路図である。高圧直流電源1は交
流100V電源を電源トランスTで昇圧し整流器RC1
,RC2平滑用のコンデンサC1,C2により倍電圧整
流し、出力直流電圧値としては放電用のコンデンサCに
設定充電する電圧Eより所定値高い電圧値VTに設定さ
れている。
2の概略構成を示す回路図である。高圧直流電源1は交
流100V電源を電源トランスTで昇圧し整流器RC1
,RC2平滑用のコンデンサC1,C2により倍電圧整
流し、出力直流電圧値としては放電用のコンデンサCに
設定充電する電圧Eより所定値高い電圧値VTに設定さ
れている。
なお、R1,R2は電圧安定用でR3は出力電流制限用
の抵抗である。
の抵抗である。
充電電圧制御回路2は高圧直流電源1の出力電圧を分圧
するための抵抗R4および調整用抵抗Rv1と、この調
整抵抗RV1からの電圧値を基準電圧発生器2aの基準
電圧と比較し高圧直流電源1の出力電圧がコンデンサC
に設定充電すべき電圧Eに達したか否かを判定するため
の電圧比較器2bと、この電圧比較器2bの出力と制御
回路4からの制御信号とにより開閉器3をONまたはO
FFするスイッチ駆動回路2Cとで構成されている。
するための抵抗R4および調整用抵抗Rv1と、この調
整抵抗RV1からの電圧値を基準電圧発生器2aの基準
電圧と比較し高圧直流電源1の出力電圧がコンデンサC
に設定充電すべき電圧Eに達したか否かを判定するため
の電圧比較器2bと、この電圧比較器2bの出力と制御
回路4からの制御信号とにより開閉器3をONまたはO
FFするスイッチ駆動回路2Cとで構成されている。
スイッチング制御回路5の単位ユニットMO3は第3図
に示すような回路構成になっている。同図において二点
鎖線に中はホトカプラPCを示しており、ホトカプラP
Cの発光ダイオード側は制御回路4から送られる開信号
を受けこの発光ダイオードを駆動するトランジスタT
r 1.抵抗R5,6゜7でなる起動増幅器の出力に接
続されている。ホトカプラPCの出力側は抵抗R8を負
荷としその出力は抵抗R9と調整抵抗RV2を通して、
抵抗R10を負荷とする次段の電圧増幅器のトランジス
タT r 2のベースに接続され、そのコレクタはトラ
ンジスタTr3 、Tr4で構成する駆動増幅器の入力
側に接続されている。この駆動増幅器はパワーMO8F
ETで構成されるスイッチング素子FBT1を高速でス
イッチングさせるため高速のNPNトランジスタTr3
とPNPトランジスタTr4とを縦続接続したもので、
ぞれぞれのベースとエミッタを共通に接続し、この共通
に接続されたエミッタを低インピーダンスの出力部とし
その出力は抵抗R11,12を介してスイッチング素子
FE71のゲートに接続されており、この駆動増幅器で
FET1のゲート入力容量に十分な充電電流を供給する
ようにしている。このような回路で制御されるスイッチ
ング素子FET1のドレインDとソースSはそれぞれこ
のスイッチング制御回路5の入カニと出力■となってい
る。
に示すような回路構成になっている。同図において二点
鎖線に中はホトカプラPCを示しており、ホトカプラP
Cの発光ダイオード側は制御回路4から送られる開信号
を受けこの発光ダイオードを駆動するトランジスタT
r 1.抵抗R5,6゜7でなる起動増幅器の出力に接
続されている。ホトカプラPCの出力側は抵抗R8を負
荷としその出力は抵抗R9と調整抵抗RV2を通して、
抵抗R10を負荷とする次段の電圧増幅器のトランジス
タT r 2のベースに接続され、そのコレクタはトラ
ンジスタTr3 、Tr4で構成する駆動増幅器の入力
側に接続されている。この駆動増幅器はパワーMO8F
ETで構成されるスイッチング素子FBT1を高速でス
イッチングさせるため高速のNPNトランジスタTr3
とPNPトランジスタTr4とを縦続接続したもので、
ぞれぞれのベースとエミッタを共通に接続し、この共通
に接続されたエミッタを低インピーダンスの出力部とし
その出力は抵抗R11,12を介してスイッチング素子
FE71のゲートに接続されており、この駆動増幅器で
FET1のゲート入力容量に十分な充電電流を供給する
ようにしている。このような回路で制御されるスイッチ
ング素子FET1のドレインDとソースSはそれぞれこ
のスイッチング制御回路5の入カニと出力■となってい
る。
FET1のドレインとゲート間に挿入されている定電圧
ダイオードRDはゲートの耐圧保護用でありダイオード
RC3は逆流防止用のもので、またトレイン、ソース間
に挿入されている抵抗R13゜14およびコンデンサC
3はドレイン、ソース間の耐圧保護用である。FET1
駆動用のこれらの回路はこのユニットMO3内に設けら
れた15Vt源5aより電源が供給される。
ダイオードRDはゲートの耐圧保護用でありダイオード
RC3は逆流防止用のもので、またトレイン、ソース間
に挿入されている抵抗R13゜14およびコンデンサC
3はドレイン、ソース間の耐圧保護用である。FET1
駆動用のこれらの回路はこのユニットMO3内に設けら
れた15Vt源5aより電源が供給される。
スイッチング素子FET1のON、OFFは開信号によ
るものであるので、開信号の信号幅を変えることにより
ONL、ている時間を制御できる。
るものであるので、開信号の信号幅を変えることにより
ONL、ている時間を制御できる。
第4図はスイッチング制御回路5が一般に高電圧の直流
を制御する必要があるのでパワースイッチング素子FE
Tの耐圧の関係から同図に示すように複数の単位ユニッ
トMo5t〜nを縦続接続し、かつそれぞれの単位ユニ
ットMO3I〜nは抵抗R71〜R7nを介して前記起
動増幅器に並列に接続されて開信号により同時にスイッ
チング制御がなされるように構成された実施例である。
を制御する必要があるのでパワースイッチング素子FE
Tの耐圧の関係から同図に示すように複数の単位ユニッ
トMo5t〜nを縦続接続し、かつそれぞれの単位ユニ
ットMO3I〜nは抵抗R71〜R7nを介して前記起
動増幅器に並列に接続されて開信号により同時にスイッ
チング制御がなされるように構成された実施例である。
なお、第3図に示す調整抵抗RV2は第4図に示すよう
な縦続接続した場合における各段のFET1〜nの立ち
上がり、立ち下がりの動作点を揃える機能をもっている
。
な縦続接続した場合における各段のFET1〜nの立ち
上がり、立ち下がりの動作点を揃える機能をもっている
。
第5図はピーク電圧&時定数測定回路7の概略構成を示
すブロック回路図であり、スイッチング制御回路5の出
力■に表れる電圧は、抵抗R15と調整用抵抗RV3で
構成される分圧器を介してピークホールド回路7aと電
圧比較器7bの一方の入力に送られ、ピークホールド回
路7aでは放電電圧のピーク値が記憶される。ピーク値
を記憶する手段としてはコンデンサにダイオードを介し
て充電し記憶する等のアナログ方式とピーク値をデジタ
ル量に変換して記憶する方式があるが、同図に示す実施
例は前者のアナログ方式を実施したものである。ピーク
ホールド回路7aのピーク値出力はA/D変換回路7C
に送られと共に分圧用の調整抵抗RV4によりピーク電
圧の0.37の値にされて電圧比較器7bの他方の入力
に送られ、前記した調整用抵抗RV3より送られるスイ
ッチング制御回路5の出力電圧と比較され、この電圧比
較器7bは両入力電圧が一致したときタイマー回路7d
にタイマー停止の出力を送出する。
すブロック回路図であり、スイッチング制御回路5の出
力■に表れる電圧は、抵抗R15と調整用抵抗RV3で
構成される分圧器を介してピークホールド回路7aと電
圧比較器7bの一方の入力に送られ、ピークホールド回
路7aでは放電電圧のピーク値が記憶される。ピーク値
を記憶する手段としてはコンデンサにダイオードを介し
て充電し記憶する等のアナログ方式とピーク値をデジタ
ル量に変換して記憶する方式があるが、同図に示す実施
例は前者のアナログ方式を実施したものである。ピーク
ホールド回路7aのピーク値出力はA/D変換回路7C
に送られと共に分圧用の調整抵抗RV4によりピーク電
圧の0.37の値にされて電圧比較器7bの他方の入力
に送られ、前記した調整用抵抗RV3より送られるスイ
ッチング制御回路5の出力電圧と比較され、この電圧比
較器7bは両入力電圧が一致したときタイマー回路7d
にタイマー停止の出力を送出する。
クロック回路7eはA/D変換回路7cやタイマー回路
7dに必要なタイミングをつくるためのもので、A/D
変換回路7Cには変換タイミング制御回路7fで変換タ
イミングに変形されて送られる。
7dに必要なタイミングをつくるためのもので、A/D
変換回路7Cには変換タイミング制御回路7fで変換タ
イミングに変形されて送られる。
ピークホールド回路7a、タイマー回路7d。
変換タイミング制御回路7fには制御回路4からの開信
号が送られるようになっており、この信号でピーク値と
放電の時定数τの測定が開始される。
号が送られるようになっており、この信号でピーク値と
放電の時定数τの測定が開始される。
測定されたピーク値と放電の時定数τはそれぞれデータ
表示回路8の数字表示器に表示されるようになっている
。
表示回路8の数字表示器に表示されるようになっている
。
このように構成されたエレクトロポレーション装置にお
いて、高圧直流電源1は制御回路4よりの起動信号によ
り起動されその出力電圧は開閉器3に送られると共に充
電電圧制御回路2にも送られ、抵抗R4と調整抵抗Rv
1で構成する分圧器を介して電圧比較器2b一方の比較
入力に送られて他方の比較入力に送られる基準電圧発生
器2aの基準電圧と比較される。比較開始のタイミング
は制御回路4からの制御信号ONの時点であり、またこ
の制御信号によりスイッチ駆動回路2cを介して開閉器
3をONにするようにしている。
いて、高圧直流電源1は制御回路4よりの起動信号によ
り起動されその出力電圧は開閉器3に送られると共に充
電電圧制御回路2にも送られ、抵抗R4と調整抵抗Rv
1で構成する分圧器を介して電圧比較器2b一方の比較
入力に送られて他方の比較入力に送られる基準電圧発生
器2aの基準電圧と比較される。比較開始のタイミング
は制御回路4からの制御信号ONの時点であり、またこ
の制御信号によりスイッチ駆動回路2cを介して開閉器
3をONにするようにしている。
したがってこの時点より放電用のコンデンサCへの充電
が開始され、この時点における高圧直流電源1の出力電
圧は初期充電電流による抵抗R3の電圧降下で低い値と
なっているがコンデンサCへの充電が進むと出力電圧は
第6図の8曲線に示すように次第に高くなり、t1時間
後に設定電圧Eに達したと電圧比較器2bが判断するそ
の出力をスイッチ駆動回路2cに送り、このスイッチ駆
動回路2Cを介して開閉器3をOFFにしコンデンサC
への充電を停止し、コンデンサCはスイッチング制御回
路5がONになり細胞懸濁液に対する放電が開始される
まで設定電圧Eを保持する。
が開始され、この時点における高圧直流電源1の出力電
圧は初期充電電流による抵抗R3の電圧降下で低い値と
なっているがコンデンサCへの充電が進むと出力電圧は
第6図の8曲線に示すように次第に高くなり、t1時間
後に設定電圧Eに達したと電圧比較器2bが判断するそ
の出力をスイッチ駆動回路2cに送り、このスイッチ駆
動回路2Cを介して開閉器3をOFFにしコンデンサC
への充電を停止し、コンデンサCはスイッチング制御回
路5がONになり細胞懸濁液に対する放電が開始される
まで設定電圧Eを保持する。
制御回路4よりスイッチング制御回路5に対する開信号
が送られると、第3図に示すようにこの開信号はトラン
ジスタTr1を主体とする起動増幅器を介して単位ユニ
ットMO3内のホトカプラPCの発光ダイオード側に電
流を流し、その出力は前記した電圧増幅器、駆動増幅器
などによりパワーMO3FETで構成されるスイッチン
グ素子FBTIを導通状態にし、コンデンサCに蓄えら
れた電荷をチャンバー6内の懸濁液に電極Pを通して放
電する。
が送られると、第3図に示すようにこの開信号はトラン
ジスタTr1を主体とする起動増幅器を介して単位ユニ
ットMO3内のホトカプラPCの発光ダイオード側に電
流を流し、その出力は前記した電圧増幅器、駆動増幅器
などによりパワーMO3FETで構成されるスイッチン
グ素子FBTIを導通状態にし、コンデンサCに蓄えら
れた電荷をチャンバー6内の懸濁液に電極Pを通して放
電する。
スイッチング制御回路5が第4図に示すように単位ユニ
ットMOS1〜nの縦続接続で構成されている場合でも
スイッチング動作は同じである。
ットMOS1〜nの縦続接続で構成されている場合でも
スイッチング動作は同じである。
このときスイッチング素子がMOSFETであるのでO
Nの導通状態になるまでの立ち上がり時間が1μs以下
と短く、このためその放電曲線は第7図の実線に示す理
想曲線に近い形になり、ピーク電圧値もコンデンサCに
設定された設定電圧Eに近い安定した値にすることがで
きる。
Nの導通状態になるまでの立ち上がり時間が1μs以下
と短く、このためその放電曲線は第7図の実線に示す理
想曲線に近い形になり、ピーク電圧値もコンデンサCに
設定された設定電圧Eに近い安定した値にすることがで
きる。
またスイッチング素子がMOSFETであるのでSCR
と違いOFFすることも容易であり、したがって実効的
な時定数を比較的自由に設定することができる0例えば
放電用コンデンサCと懸濁液できまる時定数で放電した
い場合は開信号の幅を十分に長くすればよく、時定数を
実効的に短くしたい場合は開信号の幅を狭くすることに
より可能となる。このように自由にOFFすることがで
きるのでパルス幅の狭い放電パルスを発生させることが
でき、またこのことにより放電の繰り返し時間を短くす
ることも可能である。
と違いOFFすることも容易であり、したがって実効的
な時定数を比較的自由に設定することができる0例えば
放電用コンデンサCと懸濁液できまる時定数で放電した
い場合は開信号の幅を十分に長くすればよく、時定数を
実効的に短くしたい場合は開信号の幅を狭くすることに
より可能となる。このように自由にOFFすることがで
きるのでパルス幅の狭い放電パルスを発生させることが
でき、またこのことにより放電の繰り返し時間を短くす
ることも可能である。
放電ピーク値と放電時定数τの測定はピーク電圧&時定
数測定回路7により行われるが、ピーク値は抵抗R15
および調整抵抗RV3で構成する分圧器を介してピーク
ホールド回路7aに制御回路4よりの開信号のタイミン
グで保持されると共にその電圧値はA/D変換回路7
c’でディジタル値に変換され所定の倍率が掛けられて
データ表示回路8に表示される。
数測定回路7により行われるが、ピーク値は抵抗R15
および調整抵抗RV3で構成する分圧器を介してピーク
ホールド回路7aに制御回路4よりの開信号のタイミン
グで保持されると共にその電圧値はA/D変換回路7
c’でディジタル値に変換され所定の倍率が掛けられて
データ表示回路8に表示される。
一方時定数τは前記開信号でタイマー回路7dをスター
トさせると共に調整抵抗RV3よりの電圧とピークホー
ルド回路7aが保持しているピーク値を調整抵抗RV4
で1/e(約36.8%)に分圧した電圧とを電圧比較
器7bで比較し、両者の電圧が等しくなった時点でタイ
マー回路7dをストップしてその間の時間を時定数τと
してデータ表示回路8に表示するものである。
トさせると共に調整抵抗RV3よりの電圧とピークホー
ルド回路7aが保持しているピーク値を調整抵抗RV4
で1/e(約36.8%)に分圧した電圧とを電圧比較
器7bで比較し、両者の電圧が等しくなった時点でタイ
マー回路7dをストップしてその間の時間を時定数τと
してデータ表示回路8に表示するものである。
ピーク値に影響されない時定数τの測定方法として第8
図に説明する方法も実施できる。つまりこの方法は開信
号が送られた時点よりt1時間後の電圧値をピークホー
ルド回路7aに保持しすると共にこの時点でタイマー回
路7dを起動し、調整抵抗RV3よりの電圧が保持され
た電圧値の1/eになった時点でタイマー回路7dを停
止させてその間の時間をもって時定数τとする方法であ
る。
図に説明する方法も実施できる。つまりこの方法は開信
号が送られた時点よりt1時間後の電圧値をピークホー
ルド回路7aに保持しすると共にこの時点でタイマー回
路7dを起動し、調整抵抗RV3よりの電圧が保持され
た電圧値の1/eになった時点でタイマー回路7dを停
止させてその間の時間をもって時定数τとする方法であ
る。
この測定方法によればスイッチング素子の導通状態が不
安定でピーク値を正確に把握できないような場合でも安
定した測定が可能になる。
安定でピーク値を正確に把握できないような場合でも安
定した測定が可能になる。
このようなピーク電圧&時定数測定回117を設けるこ
とにより印加放電ごとにピーク値と放電時定数が把握で
き、適切なエレクトロポレーション処理を行うことがで
きる。
とにより印加放電ごとにピーク値と放電時定数が把握で
き、適切なエレクトロポレーション処理を行うことがで
きる。
第9図はスイッチング制御回路5の単位ユニッ)MOS
内のスイッチング素子FET1a〜1Cを複数個並列接
続した実施例の部分回路図であり、並列接続されたFE
71a〜1C付近の接続を示したもので、同図において
り、S、Gは第3図における同符号部分を表している。
内のスイッチング素子FET1a〜1Cを複数個並列接
続した実施例の部分回路図であり、並列接続されたFE
71a〜1C付近の接続を示したもので、同図において
り、S、Gは第3図における同符号部分を表している。
このような複数並列接続により大電流のスイッチング制
御が可能になる。
御が可能になる。
また第10図は他の実施例のブロック回路図であり、こ
の実施例ではマイクロプロセッサを使用してハード構成
を簡略化している。
の実施例ではマイクロプロセッサを使用してハード構成
を簡略化している。
同図に示す実施例は各部を制御するためのマイクロCP
U回路10と、このマイクロCPU回路10にデータバ
スを介して接続される周辺回路として各回路にタイミン
グの信号を送出するタイミング制御回路11と、アナロ
グ信号をディジタル信号に変換しディジタル処理を可能
にするアナログ処理回路12およびタイミング制御回路
11からの制御信号により高圧直流電源1および開閉器
3を制御する駆動図R13とが設けられ、これらの回路
で第1図に示した実施例の充電電圧制御回路2とピーク
電圧&時定数測定回路7とで処理していた部分を処理す
るように構成している。
U回路10と、このマイクロCPU回路10にデータバ
スを介して接続される周辺回路として各回路にタイミン
グの信号を送出するタイミング制御回路11と、アナロ
グ信号をディジタル信号に変換しディジタル処理を可能
にするアナログ処理回路12およびタイミング制御回路
11からの制御信号により高圧直流電源1および開閉器
3を制御する駆動図R13とが設けられ、これらの回路
で第1図に示した実施例の充電電圧制御回路2とピーク
電圧&時定数測定回路7とで処理していた部分を処理す
るように構成している。
同図おいて高圧直流電源1は駆動回路13で起動されそ
の出力は開閉器3に送られると共に分圧器D1を介して
アナログ処理回路12にも送られてディジタル値に変換
され、さらにこの値はマイクロCPU回路10において
演算処理されるようになっている。またスイッチング制
御回路5の出力■に出力される電圧も分圧器D1を介し
てアナログ処理回路12に送られて同様に演算処理され
るようになっており、演算処理されたデータはマイクロ
CPU回路10よりデータ表示回路8に表示される。
の出力は開閉器3に送られると共に分圧器D1を介して
アナログ処理回路12にも送られてディジタル値に変換
され、さらにこの値はマイクロCPU回路10において
演算処理されるようになっている。またスイッチング制
御回路5の出力■に出力される電圧も分圧器D1を介し
てアナログ処理回路12に送られて同様に演算処理され
るようになっており、演算処理されたデータはマイクロ
CPU回路10よりデータ表示回路8に表示される。
第2図、第5図おいて説明した電圧比較やピーク値保持
および時定数算出などの演算処理はマイクロCPU回路
10を中心にタイミング制御回路11およびアナログ処
理回路12で行われ、開閉器3の開閉刺部はタイミング
制御回路11の指示にもとすき駆動回路により制御され
る。また各種の制W信号やタイミング関係は前記実施例
と同様である。
および時定数算出などの演算処理はマイクロCPU回路
10を中心にタイミング制御回路11およびアナログ処
理回路12で行われ、開閉器3の開閉刺部はタイミング
制御回路11の指示にもとすき駆動回路により制御され
る。また各種の制W信号やタイミング関係は前記実施例
と同様である。
この実施例のような構成をとることによりハード構成が
簡易化され装置の小形化やコストの低下が期待できる。
簡易化され装置の小形化やコストの低下が期待できる。
なおこの発明は上記実施例に限定されるものでなく要旨
を変更しない範囲で種々変形して実施できる。
を変更しない範囲で種々変形して実施できる。
[発明の効果]
この発明によれば、スイッチング素子に立ち上がり時間
が短いMOSFETを使用しているのでスイッチング特
性が向上し、細胞懸濁液に対して設定値に近い安定した
電圧を印加できる。
が短いMOSFETを使用しているのでスイッチング特
性が向上し、細胞懸濁液に対して設定値に近い安定した
電圧を印加できる。
またスイッチング素子にMOSFETを使用することに
よりON、OFFの制御が容易であり実効的な時定数を
短く設定でき、パルス幅の狭い放電パルスを発生させる
ことや放電繰り返し時間を短くすることもできる。
よりON、OFFの制御が容易であり実効的な時定数を
短く設定でき、パルス幅の狭い放電パルスを発生させる
ことや放電繰り返し時間を短くすることもできる。
また放電用コンデンサに対する充電時間を早くすること
ができるので放電繰り返し時間を短くすることができる
。
ができるので放電繰り返し時間を短くすることができる
。
さらに懸濁液に印加される放電波形のピーク値と時定数
が放電の都度適確に把握され、遺伝子導入条件を正確に
設定できるので常に安定した効率の高い遺伝子導入が装
置や操作者に影響されずに可能になる。
が放電の都度適確に把握され、遺伝子導入条件を正確に
設定できるので常に安定した効率の高い遺伝子導入が装
置や操作者に影響されずに可能になる。
第1図はこの発明の一実施例のブロック回路図、第2図
は同実施例の高圧直流電源と充電電圧制御回路の概略構
成回路図、第3図は同実施例のスイッチング制御回路の
単位ユニットの回路図、第4図は第3図の単位ユニット
を縦続接続したスイッチング制御回路の10ツク回路図
、第5図は同実施例のピーク電圧&時定数測定回路のブ
ロック回路図、第6図は高圧直流電源より充電用コンデ
ンサに充電する場合におけるこの発明と従来の方法の違
いを説明する充電曲線図、第7図はこの発明と従来の装
置の放電波形の違いを説明する放電波形図、第8図は時
定数測定の一方法を説明する放電波形図、第9図はスイ
ッチング制御回路のスイッチング素子であるMOSFE
Tを並列接続した実施例の部分回路図、第10図はマイ
クロプロ七を使用した他の実施例のブロック回路図、第
11図は従来のSCRを使用したスイッチング制御回路
の部分回路図、第12図は従来の高圧直流電源回路と充
電用コンデンサとの関係を説明する回路図である。 1・・・・・・高圧直流電源 2・・・・・・充電電
圧制御回路2a・・・基準電圧発生器 2b・・・電圧
比較器2C・・・スイッチ駆動回路3・・・・・・開閉
器4・・・・・・制御回路 5・・・・・・スイッチング制御回路 5a・・・15Vt源 6・旧・・チャンバー7・
・・・・・ピーク電圧&時定数測定回路7a・・・ピー
クホールド回路 7b・・・電圧比較器 7c・・・A/D変換器7
d・・・タイマー回路 7e・・・クロック回路7f
・・・変換タイミング制御回路 8・・・・・・データ表示回路 9・・・・・・操作パ
ネル10・・・マイクロCPU回路 11・・・タイミング制御回路 12・・・アナログ処理回路
は同実施例の高圧直流電源と充電電圧制御回路の概略構
成回路図、第3図は同実施例のスイッチング制御回路の
単位ユニットの回路図、第4図は第3図の単位ユニット
を縦続接続したスイッチング制御回路の10ツク回路図
、第5図は同実施例のピーク電圧&時定数測定回路のブ
ロック回路図、第6図は高圧直流電源より充電用コンデ
ンサに充電する場合におけるこの発明と従来の方法の違
いを説明する充電曲線図、第7図はこの発明と従来の装
置の放電波形の違いを説明する放電波形図、第8図は時
定数測定の一方法を説明する放電波形図、第9図はスイ
ッチング制御回路のスイッチング素子であるMOSFE
Tを並列接続した実施例の部分回路図、第10図はマイ
クロプロ七を使用した他の実施例のブロック回路図、第
11図は従来のSCRを使用したスイッチング制御回路
の部分回路図、第12図は従来の高圧直流電源回路と充
電用コンデンサとの関係を説明する回路図である。 1・・・・・・高圧直流電源 2・・・・・・充電電
圧制御回路2a・・・基準電圧発生器 2b・・・電圧
比較器2C・・・スイッチ駆動回路3・・・・・・開閉
器4・・・・・・制御回路 5・・・・・・スイッチング制御回路 5a・・・15Vt源 6・旧・・チャンバー7・
・・・・・ピーク電圧&時定数測定回路7a・・・ピー
クホールド回路 7b・・・電圧比較器 7c・・・A/D変換器7
d・・・タイマー回路 7e・・・クロック回路7f
・・・変換タイミング制御回路 8・・・・・・データ表示回路 9・・・・・・操作パ
ネル10・・・マイクロCPU回路 11・・・タイミング制御回路 12・・・アナログ処理回路
Claims (4)
- (1)高圧直流電源と、この高圧直流電源の出力を放電
用コンデンサに充電すための開閉手段と、この開閉手段
のON、OFFを制御する充電電圧制御手段と、前記放
電用コンデンサに充電された電荷を電極を介して細胞懸
濁液に印加放電するスイッチング制御手段と、このスイ
ッチング制御手段のON、OFFを制御する手段とを備
えたエレクトロポレーション装置において、前記スイッ
チング制御手段のON、OFF用のスイッチング素子に
MOSFETを使用することを特徴としたエレクトロポ
レーション装置。 - (2)上記スイッチング制御手段のON、OFF用スイ
ッチング素子は複数のMOSFETを並列接続した構成
であることを特徴とする請求項(1)記載のエレクトロ
ポレーション装置。 - (3)高圧直流電源と、この高圧直流電源の出力を放電
用コンデンサに充電すための開閉手段と、この開閉手段
のON、OFFを制御する充電電圧制御手段と、前記放
電用コンデンサに充電された電荷を電極を介して細胞懸
濁液に印加放電するスイッチング制御手段と、このスイ
ッチング制御手段のON、OFFを制御する手段とを備
えたエレクトロポレーション装置において、前記高圧直
流電源の出力電圧は前記放電用コンデンサに充電すべき
設定電圧より所定値高く設定すると共に前記充電電圧制
御手段は電圧値検知手段を備え前記放電用コンデンサに
対する充電電圧が前記設定電圧に達したことを検知して
前記開閉手段をOFFに制御することを特徴としたエレ
クトロポレーション装置。 - (4)高圧直流電源と、この高圧直流電源の出力を放電
用コンデンサに充電すための開閉手段と、この開閉手段
のON、OFFを制御する充電電圧制御手段と、前記放
電用コンデンサに充電された電荷を電極を介して細胞懸
濁液に印加放電するスイッチング制御手段と、このスイ
ッチング制御手段のON、OFFを制御する手段とを備
えたエレクトロポレーション装置において、前記印加放
電波形のピーク電圧値および同波形の時定数を測定し表
示する回路を具備したことを特徴とするエレクトロポレ
ーション装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1335500A JPH03195485A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | エレクトロポレーション装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1335500A JPH03195485A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | エレクトロポレーション装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03195485A true JPH03195485A (ja) | 1991-08-27 |
Family
ID=18289272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1335500A Pending JPH03195485A (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | エレクトロポレーション装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03195485A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5720921A (en) * | 1995-03-10 | 1998-02-24 | Entremed, Inc. | Flow electroporation chamber and method |
US6074605A (en) * | 1995-03-10 | 2000-06-13 | Entremed, Inc. | Flow electroporation chamber and method |
US6773669B1 (en) | 1995-03-10 | 2004-08-10 | Maxcyte, Inc. | Flow electroporation chamber and method |
US7029916B2 (en) | 2001-02-21 | 2006-04-18 | Maxcyte, Inc. | Apparatus and method for flow electroporation of biological samples |
US7141425B2 (en) | 2001-08-22 | 2006-11-28 | Maxcyte, Inc. | Apparatus and method for electroporation of biological samples |
US7732175B2 (en) | 2004-06-14 | 2010-06-08 | Lonza Cologne Ag | Method and circuit arrangement for treating biomaterial |
US7771984B2 (en) | 2004-05-12 | 2010-08-10 | Maxcyte, Inc. | Methods and devices related to a regulated flow electroporation chamber |
US8173416B2 (en) | 2001-04-23 | 2012-05-08 | Lonza Cologne Gmbh | Circuit arrangement for injecting nucleic acids and other biologically active molecules into the nucleus of higher eucaryotic cells using electrical current |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP1335500A patent/JPH03195485A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5720921A (en) * | 1995-03-10 | 1998-02-24 | Entremed, Inc. | Flow electroporation chamber and method |
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US6773669B1 (en) | 1995-03-10 | 2004-08-10 | Maxcyte, Inc. | Flow electroporation chamber and method |
US7029916B2 (en) | 2001-02-21 | 2006-04-18 | Maxcyte, Inc. | Apparatus and method for flow electroporation of biological samples |
US8173416B2 (en) | 2001-04-23 | 2012-05-08 | Lonza Cologne Gmbh | Circuit arrangement for injecting nucleic acids and other biologically active molecules into the nucleus of higher eucaryotic cells using electrical current |
US7141425B2 (en) | 2001-08-22 | 2006-11-28 | Maxcyte, Inc. | Apparatus and method for electroporation of biological samples |
US7186559B2 (en) | 2001-08-22 | 2007-03-06 | Maxcyte, Inc. | Apparatus and method for electroporation of biological samples |
US7771984B2 (en) | 2004-05-12 | 2010-08-10 | Maxcyte, Inc. | Methods and devices related to a regulated flow electroporation chamber |
US9546350B2 (en) | 2004-05-12 | 2017-01-17 | Maxcyte, Inc. | Methods and devices related to a regulated flow electroporation chamber |
US7732175B2 (en) | 2004-06-14 | 2010-06-08 | Lonza Cologne Ag | Method and circuit arrangement for treating biomaterial |
US8058042B2 (en) | 2004-06-14 | 2011-11-15 | Lonza Cologne Gmbh | Method and circuit arrangement for treating biomaterial |
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