JPH04100528A - 無重力環境における液体の混合方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 無重力環境における液体の混合方法に関し、微量の液体
を均一に混合することを目的とし、円筒状をした二つの
流路が合流してなる混合器の合流点の下流位置に、グラ
スフィルタ、グラスウール、ガーセ、１００メツシュ以
下の金網の何れかからなる多孔質体を充填した状態で、
前記二つの流路の上流側よりポンプにより異種溶液を流
下させ、合流点で合流させた後、前記多孔質体を通過さ
せることにより層流を混合することを特徴として無重力
環境における液体の混合方法を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は無重力環境における液体の混合方法に関する。

宇宙環境を各種結晶の成長の場として利用したり、新合
金やバイオマテリアルの製造に利用することが試みられ
ている。

例えば蛋白質や核酸などの生体高分子はバイオテクノロ
ジーの主役として注目を集めているが、特に酵素や抗体
などの蛋白質は、その高度な分子識別能力のため、バイ
オセンサなどの形で応用研究が進められ、商品化も行わ
れている。

然し、天然に存在し、生物が利用している蛋白質は熱に
対して不安定であったり、有機溶媒により変成したり失
活したりすることから工業的利用に当たっては問題が多
い。

そして、変成は蛋白質分子の立体構造が変化するために
生じており、僅かな立体構造の変化により活性化は大き
く左右されている。

そのため、蛋白質工学やドラッグデザインなどの応用研
究に当たっては、蛋白質の単結晶を完全な形で得ること
が必要で、無重力環境のもとての結晶成長が試みられて
いる。

然し、宇宙環境においては地上とは異なり、微小重力に
由来する物理現象が存在するため、各種の開発や製造を
行うに当たっては予め環境の特質を充分に考慮して行う
ことが大切である。

本発明は異種で数ｒｎｌ程度またはそれ以下の微量な液
体同士を無人化して混合する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

上記の蛋白質の結晶成長を初めとし、種々の実験におい
ては、せいぜい数ｔｎｌ程度の微量な液体同士を宇宙環
境で混合する場合が多い。

特に、液体が揮発性である場合には混合操作は充分に訓
練された人により行われていた。

然し、有人の人工衛星を打ち上げ、宇宙飛行士により行
うことは容易ではなく、また飛行費用が非常に高価にな
ることから、実用的ではない。

これらのことから、自動化装置により無人化することが
望まれている。

蛋白質の結晶化に当たっては、蛋白質試料を溶した微少
量の溶液と結晶他剤溶液とを混合することにより行われ
ている。

ニーで、結晶化剤は硫酸アンモニウム、塩化セシウム、
塩化ナトリウムなどの無機塩類やポリエチレングリコー
ル、アセトン、エタノール等の有機溶剤が用いられてい
る。

然し、これらの溶液は蛋白質溶液と密度が異なることが
多く、容易に混合が起こらない。

そこで、構造が簡単で攪拌効果の高い装置が望まれてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、微量な溶液を宇宙環境で無人化して混合
し、理想的な物質を得る必要がある。

そのために、構造が簡単で攪拌効果の高い混合方法を提
供することが課題である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は円筒状をした二つの流路がＹ字状に合流し
てなる混合器の合流点の下流位置に、グラスフィルタ、
グラスウール、ガーセ、１００メツシュ以下の金網の何
れかからなる多孔質体を充填した状態で、二つの流路の
上流側よりポンプにより異種溶液を流下させ、合流点で
合流させた後、多孔質体を通過させて層流を混合する方
法をとることにより解決することができる。

〔作用〕

発明者等は航空機弾道飛行によって生ずる微小重力環境
における攪拌混合装置の構造と機能に関して検討した結
果、微小重力環境では溶液同士の密度差による相分離は
無くなるもの＼、溶液の粘度による影響や運動による慣
性の影響はそのま＼残っているため、二つの液体は層流
となり易く、混合しにくいことが判った。

そこで、流路の中に乱れを起こして攪拌する方法として
第１図に示すように円筒状をした二つの上流側の流路１
，２がＹ字状に合流して下流側の流路３となる合流点４
の下流側に多孔質体５を充填することにより、合流点で
層流となった二つの溶液が多孔質体５を通ることにより
おびただしい乱流を生じることから攪拌を生じさせ、こ
れにより混合させる方法を見出した。

こ＼で、多孔質体５としては溶液と反応しない材料から
なり、また溶液の通過に際して抵抗が少ないことが必要
で、これに適当な材料としては、最大孔径が３００〜５
０μ■のグラスフィルタ、グラスウール、カーセ、１０
０メツシュ以下の金網などがある。

なお、下流側の流路３に充填する多孔質体５の直径りと
長さしとの関係についてはＤか５　ｍｍ以下の場合につ
いては実験の結果、Ｌ≧２Ｄの場合に攪拌効果が顕著で
あることを見出した。

〔実施例〕

実施例１・　（ガラスフィルタの使用例）第１図に示す
ようにＹ字型をし、断面が円状をした流路を備えた混合
装置をアクリル樹脂を用いて形成した。

流路の内径は２ｍｍである。

この下側の流路３に最大孔径が２００μｍのガラスフィ
ルタを６ｍｍの長さに充填して多孔質体５とした。

そして、ＮＡＳＡの航空機の弾道飛行で作りだされた微
小重力環境において、シリンジポンプ（品名５ＴＣ−５
２１，テルモ社製）を用いて上流側の流路Ｉより蛋白質
溶液（ウマミオグロビンの１．０重量％水溶液）を、ま
た別の上流側の流路２より硫酸アンモン水溶液（飽和度
５０％）を同時に送って合流点で層流とした後、多孔質
体５を通し、混合の状態をビデオカメラに収録した。

そして、流速を変えて実験を行った結果、流速が１００
μｌ／秒以下の条件では均一に混合することを確認する
ことができた。

実施例２：　（ガーセ使用の場合） 流路の内径が３ｍｍである以外は第１図と全く同じの混
合装置を用いた。

そして、下側の流路３に最大孔径が３００μｍで長さが
１０ｍｍのハイゼガーゼを充填して多孔質体５とした。

そして、ＮＡＳＡの航空機の弾道飛行で作りだされた微
小重力環境において、シリンジポンプ（品名５ＴＣ−５
２１，テルモ社製）を用いて上流側の流路１より蛋白質
溶液（ウマミオグロビンの１．０重量％水溶液）を、ま
た別の上流側の流路２より塩化ナトリウム水溶液（濃度
ｌＯ％）を同時に送って合流点で層流とした後、多孔質
体５を通し、混合の状態をビデオカメラに収録した。

そして、流速を変えて実験を行った結果、均一に混合す
ることを確認することができた。

実施例３　　（カラスウール使用の場合）下流側の流路
３に直径１００μｍのカラスウールを６ｍｍの長さに圧
縮して充填した以外は実施例１と全く同様にして蛋白質
溶液（ウマミオグロビンの１．０重量％水溶液）と硫酸
アンモン水溶液（飽和度５０°６）を送って実験を行っ
た結果、均一に混合することを確認することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る混合装置の斜視図である。 図において、 １．２は上流側の流路、　　３は下流側の流路、４は合
流点、　　　　　　　５は多孔質体、である。 〔発明の効果〕 本発明の実施により微小重力環境において、少量の液体
の混合作業を無人化することができ、これにより、コス
ト低減と作業能率および信頼性の向上が可能となった。 なお、多孔質体は一種でなく複数種を使用しても同様な
結果を得ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状をした二つの流路が合流してなる混合器の
   合流点の下流位置に、多孔質体を充填した状態で、前記
   二つの流路の上流側よりポンプにより異種溶液を流下さ
   せ、合流点で合流させた後、前記多孔質体を通過させる
   ことにより層流を混合することを特徴とする無重力環境
   における液体の混合方法。
2. （２）前記多孔質体がグラスフィルタ、グラスウール、
   ガーゼ、１００メッシュ以下の金網の何れかからなる請
   求項１記載の無重力環境における液体の混合方法。