JPS61258889A - 照明装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、細菌やホタル等にみられる生体発光現象を利
用した、すなわちこれらの発光現象に関与する酵素系に
よって触媒される反応による発光を利用した照明装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来より照明装置としては１代表的には、電気的エネル
ギーを光に変換する白熱電球やけい光ランプ等の光源を
利用したものなど種々のタイプのものが利用されてきて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、白熱電球やけい光ランプ等の電気的エネ
ルギーを光に変換するシステムによる光源は、電気的エ
ネルギーの多くが然エネルギーに変換され、発熱するも
のが多い。

このため、電気的エネルギーの多くが熱エネルギーに変
換されることから消費電力量に対する発光量子収率が低
い。

更に、上記のような照明装置は、その構造上、部品数が
多く、かつ製造に多くの工程を要し、しかも大面積化が
容易ではなかった。

一方、電気的エネルギーを用いる人工的な発光システム
に対して、細菌やホタル等にみられる生体発光のシステ
ムは、例えばホタルの発光量子収率が０．８８であるな
ど、きわめて高い発光量子収率を有する発光システムで
あることから良く知られてはいるが、実用面での応用は
ほとんどなされていないのが現状である。

本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、供給
したエネルギーをより効率良く光に変換することのでき
る発光システムを用いた照明装置を提供することをその
目的とする。

本発明の他の目的は、光源として、発熱しない光源を用
い、照明装置を構成する各部材の選択性の幅を広げるこ
とを可能とする照明装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、簡易な装置で、大量に製造可能で
あり、大面積化が容易である照明装置を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、従来の照明装置では得られなかっ
た色調の光を放射することのできる光源を用いた照明装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は以下の本発明によって達成することができ
る。

すなわち本発明の照明装置は、酵素反応により発光する
発光部を有してなることを特徴とする。

以下、本発明の照明装置を、ルシフェラーゼを有する発
光細菌を利用した場合をその一例として図面に従って説
明する。

第１図は箱型の本発明の照明装置の一例の縦断図である
。

１はその内部にチャンバー２を構成する容器であり、光
取り出し口となる透光性の天板ｉｔ　と、基板１−２と
、側壁１３とから構成され、更に、チャンバー２内には
、気体が流入可能な空間３が設けられ、かつ該空間の底
部に培地４上に保持された発光細菌のコロニー５が形成
されており、これらの部分から本発明で言う発光部が構
成されている。

また、６はチャンバー２に気体を気体導入口６−１から
流入させるための吸気管、７はチャンバー２に流入する
気体の量を制御するための吸気バルブ、８はチャンバー
２から気体を気体排出口８−１から排気するための排気
管、９はチャンバー２から流出する気体の量を制御し、
空間３の内圧を調整するための排気バルブ、１０は空間
３内に流入させる気体に含まれる雑菌を除去して流入気
体を浄化するためのフィルター、１１は排気用ロータリ
ーポンプである。

この照明装置における発光部の特徴は、培地４上に保持
した発光細菌５を発光させて、光を天板１−１を透過さ
せて放射させ、所望の照明状態を得ることにある。

なお、容器１の形状及びその構成、並びに気体導入口６
−１、気体排出口８−１などの配置は、所望の照明装置
の構成に応じて適宜選択すれば良い。

また、容器１を構成する各部材としては、所望の機械的
強度が得られるならば、どのようなものも使用可能であ
るが、加工性、経済性、取扱いの良さなどの点から適宜
選択すれば良く、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等
の材料から構成することができる。特に、本発明の照明
装置は、高温となる部分がないので熱に弱い材料を構成
部材として使用可能であり、構成部材の選択性が大幅に
拡大している。

培地４上に保持された発光細菌５は、ルシフェラーゼに
よって触媒される酵素反応により光を放出するものであ
り、一般に、第２図に示したような酵素反応回路を有し
ているものと推定されている。

この酵素反応回路に関与する反応系を構成する基質成分
は、ＭＡＤ）Ｉ　にコチンアミドアデノシンジヌクレオ
チドの還元体）　、　ＦＭＮ　　（フラビンモノヌクレ
オチド）、酸素、（Ｃａ以上の直鎖からなるアルキル基
（Ｒ）を有する）長鎖アルデヒドであり、まず反応（ａ
）で　ＮＡＤＨ＋Ｈ＋によって還元されているＦＭＮＨ
２にルシフェラーゼ（Ｅ）が結合してこの反応回路が右
回りに進行し、反応（Ｃ）で発光に必要なエネルギー（
ｈν）が放出される。

このような反応回路を有する細菌においては。

ＮＡＤＩ（十Ｈ”　、ＦＭＮ　、長鎖アルデヒド及びル
シフェラーゼは菌体内でその生理的機能が維持されてい
る限りは、生成、調達される。しかしながら、基質成分
の１つである酸素は菌体外部から供給する必要がある（
反応（ｂ）　）　。

そこで、第１図に示した本発明の照明装置は、このよう
な生体内の酵素反応の特性を利用し、酸素の生体への供
給量を制御することによって第２図に示した回路を作動
させて発光状態を得る構成となっている。

すなわち、第１図に示した本発明の照明装置において１
発光細菌を発光させるには、チャン八−２内に形成され
ている空間３に酸素または酸素を含む気体を導入するこ
とによって、前記の発光細菌の酵素反応回路を作動させ
れば良い、また、この酸素の酵素反応回路への供給量を
、空間３内の酸素分圧によって制御して、発光の強度を
も調節することができる。

なお、菌体への酸素または酸素を含む基体の供給は、酸
素または酸素を含む気体を供給する手段をチャンバーに
設けられた気体導入口と接続して行なうことができるが
、例えば第１図に示した構成のように、吸気バルブ７を
閉じ、排気バルブ９を開いた状態で、排気用ロータリー
ポンプ１１を作動させて、空間３内を排気して減圧した
後、吸気バルブ７を開け、吸気管６からフィルター１０
で除菌された空気を空間３内に導入することよって行な
う構成とすれば、空気中の酸素を直接利用することがで
き、特別に気体供給手段を設けなくても良いので好都合
である。

本発明の照明装置の有する発光部に用いる細菌としては
、フォトバクテリウム　ホスフオレウム（ｐｈｏｔｏｂ
ａｃｔｅｒｉｕｍ　　ｈａｓ　ｈｏｒｅｕｍ　）などノ
フォトバクテリウム属の細菌を好適に使用することがで
き、なかでも増殖率が高くまた高いルシフェラーゼ活性
を有する菌株を適宜選択して使用すれば良い。好適な菌
株としては、フォトパクテリウムホスフォレウム（ｐｈ
ｏｔｏｂａｃｔｅｒｉｕ＋ｓ　　ｈａｓ　ｈｏｒｅｕｍ
）ＩＦＯ１３８！３１３　　（発酵研究所）　、　ＪＡ
Ｍ　ｆ２０８５　　（東京大学応用微生物研究所）等を
挙げることができる。

なお、この例における発光部では、発光細菌は、空間に
導入された酸素と効率良く接触させるために培地の表面
上に保持されているが、酸素の供給に支障がなければ培
地内に保持されていても良い、また、培地４としては、
液体、固体あるいはゲル状のもの等種々のものを所望に
応じて適宜使用できる。

本発明の照明装置の発光部内で発光細菌を保持する培地
４としては、本発明の照明装置に使用する細菌の種類に
よって、使用した細菌の生理的機能が良好に維持される
ように適宜選択すれば良い。発光細菌としてフォトバク
テリウム　ホ　スフオレウム（ｐｈｏｔｏｂａｃｔｅｒ
ｉｕｍ　　ｈａｓ　ｈｏｒｅｕｍ）を用いた場合には、
例えば、以下に示す組成分を蒸留水に溶解して調整した
液体培地を好適に用いることができる。なお、この液体
培地に、寒天、ゼラチン及び例えばポリアクリルアミド
あるいはポリメタクリレート等の架橋性ポリマーを０．
１〜１０重量％含有させて、ゲル状の培地とすることも
できる。

液体培地組成： Ｍａｉｌ　　　　　　　　０．６〜１５重量２、好まし
くは１〜６重量％ へ７”　ドア　　　　　０．０１〜２．０　重量２、好
ましくは０．１〜０．８重量Ｘ イーストエキストラクト（Ｙｅａｓｔ　ｅｘｔｒａｃｔ
）０．００５〜１．０重量２、 好ましくは０．０５〜０．４重量２ ＦｅＳＯｎ　”　？Ｈ２０５，ＯＸＩＯ°６〜０．１重
量２、好ｔＬｌｆ４．ＯＸｌ０ＪＳ−１，ＯＸＩＯ’　
重量２Ｍｇ５Ｏａ　”　７Ｈ２００，００５重量＄−１
，０重量２、好ましくは０．０５〜０．４重量２ 以上説明したような構成の本発明の照明装置は、例えば
以下のようにして形成することができる。

まず、第２図に示したようなルシフェラーゼによる酵素
反応回路を有して発光する機能を持つ細菌、フォトバク
テリウム　ホスフォレウム（ｐｈｏｔｏｂａｃｔｅｒｉ
ｕ＋ｓ　　ｈａｓ　ｈｏｒｓｕｍ　）を、例えば坂ロフ
ラスコ内の種菌培養用の前記した液体培地に接種し、５
〜２５℃、好ましくは、１５〜２０℃の恒温槽内で、所
定の菌体の濃度と活性が得られるまで振盪培養する。

これとは別に、第１図に示したようなチャンバーを構成
する容器ｌ内のアルミニウムからなる基板１−２面上に
、先に挙げた液体培地に寒天を適量含有させて調製した
培地の所定量を、加温して流し込み、そのまま冷却して
ゲル状のプレート培地４を形成しておく。

次に、先に培養しておいた種菌を、チャンバー内のプレ
ート培地４上の所定の部分に、天板１１を開いて接種し
た後、天板１−２を閉じる。なお排気管８のロータリー
ポンプ１１との接続部は、適当な栓で塞いでおく、この
ようにして細菌を培地４上に接種したら、容器ｌを５〜
２５℃、好ましくは、１５〜２０°Ｃの恒温槽内で、４
８時間程度本培養し、プレート培地４上にフォトバクテ
リウム　ホスフォレウムを増殖させる。所定の菌体量が
プレート培地４上で得られたところで培養を中止する。

恒温槽内から容°器ｌを取出し、排気管８に排気用ロー
タリーポンプ１１を接続して、本発明の照明装置の作製
を完了する。

なお、以上の操作に使用した各器具及び培地は、通常の
滅菌法によって滅菌し、また菌体の接種に際しては、無
菌的雰囲気下で行なうことは言うまでもない。

このようにして作製した照明装置を、点灯するには、排
気用ロータリーポンプ１１をＯＮにして空気を吸気管６
からチャンバー内の空間３に導入し、空間３内の酸素分
圧を細菌が発光するのに十分な程度に高くすれば良い、
更に発光の強度は、空間内の酸素分圧を、バルブ７．９
を操作することによって制御して調節可能である。チャ
ンバー２内に増殖した菌体量によっても種々異なるが、
例えば空間３の空気圧が５〜２（１ｗ＊Ｈｇ程度以下と
なると、細菌の発光機能が低下して発光がほとんど見ら
れず、また２５〜５０ｍｍＨｇ程度で最大の発光強度を
得ることができる。

以上、本発明の一例として、発光部を発光反応に関与す
る酵素を有する生体として１発光細菌を用い、発光強度
を酸素によって制御する場合について説明したが、発光
部に保持させる生体としては１例えばウミホタル、ホタ
ル、フリクソティリクス（Ｐｈｒｉｘｏｔｈｒｉｘ　）
等の他、オムツアリア（恒吐旦］）、アルミラリア（Ａ
「１１１ａｒｉａ）　。

ツキヨタケ（Ｌａ■ｔｅ　ｒｏ履ｃｅｓ　）等の真菌類
の生物；タラシコーラ　（Ｔｈａｌａｓｓｉｃｏｌａ）
　、　：Ｉロジウム（Ｃｏｌｌａｚｏｕｍ　）等の放線
生類の生物；ゴニオウラフクス（７）、夜を虫（Ｎｏｃ
ｔｉｌｕｃａ　）等の過鞭毛生類の生物；海綿動物；オ
ワンクラケ（組組五月）　等のヒドロ生類の生物；オキ
クラゲ（セ士Ｖ口）、ユーレイクラケ（虹址胚）等の鉢
水母類の生物；ラミシイタケ（Ｒｅｎｉｌｌａ　）、ラ
ミサボテン（Ｃａｖｅｒｎｕｌａｒｉａ）等の在中類の
生物；ウリクラゲ（Ｂｅｒａ８　）等の櫛水母類の生物
；ヒカリヒモムシ（Ｊ３１ｅＣｔｏｎｅ＋＊ａ）等の紐
形動物；ツバサゴカイ（Ｃｈａｅｔｏ　ｔｅｒｕｓ）　
、オヨギゴカイ（Ｔｏｍｏ　ｔｅｒｉｓ）　、シリス（
Ｏｄｏｎｔｏｓ、１ｌｉｓ）等の多毛類の生物；　ホタ
ルミミズ（Ｍｉｃｒｏｓｃｏｌｅｘ　）等の貧毛類の生
物；カモメガイ（Ｐｈｏｌａｓ）、ツクエガイ（Ｌｏｃ
ｅｌｌａｒｉａ）等の斧足類の生物：発光カタツムリ（
Ｑｕａｎｔｕｌａ）　、　　ピカリウミウシ（Ｐｌｏｃ
ａｍｏ　ｈｅｒｕｓ　）等の腹足類の生物；ホタルイカ
　（■垣胚坦ｊ、°ダンゴイカ（江山］）、メヒカリイ
カ（≧且ｖ）等の頭足類の生物：ヒカリコケムシ（Ｍｅ
ｍｂｒａｎｉ　ｏｒａ）等の擬軟体門の生物；メトリゾ
イア（Ｍｅｔｒｉｄｉａ）　、オイファウシア（巨貼ｌ
阻負）、サクラエヒ（扛工針王む」）、ホブロフォール
ス（狂山面田と）等の甲殻類のよ物；カグヤヤスデ（Ｓ
　１ｒｏｂｏｌｌｅｌｌｕｓ）　、ジムカブ（七封工阻
■）等の多足類の生物：ホタルモドキ科（Ｄｒｌｉｄａ
ｅ　）　、　７ｘ　７デコス科（Ｐｈｅｎ　ｏｄｉｎａ
ｅ、コメツキムシ科（Ｅｌａｔｅｒｉｄａｅ）に属する
甲虫類、アラキノカンパ（狂肛旦７、アコルテス（／１
Ｃ）１ｏｒｕｔｅｓ）等の昆虫類の生物；ヒカリクモヒ
トデ（植吐且］）等の牽牽皮動物の生物；ヒカリポヤ（
江皿胚と）、ギポシムシ（販込阻旺■且耐、サルパ（１
旦と虱と）等の原策動物門に属する生物；ハダカイワシ
亜目（肛■旺旦胚）、ワニトカゲギス亜目（Ｓｔｏｍｉ
ａｔｉｎａ）　、チョウチンアンコウ亜目　（む二佳月
１１、キンメダイ目建ｇ仇Ω、スズキ目（７等の魚類な
どの発光生物を用いても良く、その際の発光部へのこれ
らの生体の固定あるいは保持方法は、使用する生物に応
じて、該生物の生理的活性が良好に維持される範囲内で
適宜選択すれば良く、また発光強度の制御も使用する生
物の発光機能に応じて種々選択して用いれば良い。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて更に詳細に説明する。

第１図に示したのと同様の構成の本発明の照明装置を以
下のようにして製作した。

まず、ルシフェラーゼ活性を有する発光細菌であるフォ
トバクテリウム　ホスフォレウム（ｐｈｏｔｏｂａｃｔ
ｅｒｉｕｍ　　ｈａｓ　ｈｏｒｅｕｍ　ＩＦＯ１３Ｂ９
Ｂ　　（発酵研究所）を、坂ロフラスコ内に用意した以
下の組成の液体培地（１００ｗｊ）に接種し、１５°０
４ｅ時間振盪培養して種菌とした。

ペプトン　　　　　０．４ｇ イーストエキストラクト（Ｙｅａｓｔ　Ｅｘｔｒａｃｔ
）０．２ｇ ＦｅＳＯ４＊　７Ｈ２０１１！１ｇ Ｍａｉｌ　　　　　　　　　３ｇ Ｍｇ５Ｏ，・７Ｈ２００，２ｇ 蒸留水　　　　　　　１００　Ｉｌｌ これとは別に、第１図に示したような形状の容器１（縦
３０ｃ＋ｓ、横２０ｃｍ、高さ５ｃｍ）内に、上記の組
成の液体培地に寒天２ｇを添加したものを加温しながら
、その１００−を注入し、これを室温下で冷却してゲル
プレート培地４を形成した。

なお容器１には、吸気管６及び排気管８を設置し、吸気
管６の開口部には、０．０１１１ｊポアサイズの除菌フ
ィルターｌＯをセットし、更に排気管８の端部は栓によ
って塞いでおいた。

次に、天板１−１を開けて、容器ｌ内のプレート培地４
表面金面に、先に坂ロフラスコを用いて培養しておいた
種菌の懸濁液を、ガラス棒を用いて塗布して、接種した
後、天板１−１を閉じ、これを２０℃３日間培養して、
プレート培地４表面に発光細菌であるＰｈｏｔｏｂａｃ
ｔｅｒｉｕｍ　　　ｈａｓ　ｂｏｒｅｕｍを増殖させ、
該細菌のコロニーからなる層５を形成した。

このようにして作製した本発明の照明装置は次のように
して使用することができた。

まず、排気管８の端部と排気用のロータリーポンプ１１
とを接続し、吸気バルブ７を閉じた状態で、排気バルブ
９を開け、ロータリーポンプ１１を作動させると、空間
３内に取り込まれていた空気が排気され、空間３内の酸
素分圧が低下した。空間３内の空気圧が２０＋ａ騰Ｈｇ
程度以下となると、発光細菌は、はとんど発光機能を発
揮せず、発光状態を得ることができなかった。

この状態で、排気バルブ９を閉じ、吸気バルブ７を開く
と、空気がフィルターｌＯを介して空間３内に流入し、
空間３内の酸素分圧が上り、この酸素分圧の上昇に従っ
て細菌が発光し始め、更にその発光強度が上昇した。空
間３内の空気圧が３０ｍｍＨｇ程度を越えたところで発
光強度は急速に増大し、七の後、プラトー状態となった
。

本装置においては、最大発光強度波長４９０ｎ−を有す
る緑色の照明光を得ることができた。また、発光に際し
ての発熱は認められなかった。

実施例２ 実施例１で作成したのと同様の構成の発光部の複数を第
３図に示すようにマトリックス状に仕切板１２を介して
配列し、更に気圧センサー１３、気圧フィードバック制
御装置１４及び吸気電磁バルブ７と排気電磁バルブ９の
スイッチングを制御するスイツチング制御装置１５とを
付設して、パターン照明可能な本発明の装置を作成した
。なお、使用した培地及び発光細菌、更には細菌の種菌
培養及び本培養は実施例１と同様にして行なった。

この装置では、スイッチング制御装置１５によって、吸
気電磁バルブ７と排気電磁バルブ９の開閉のコンビネー
ションを所望のプログラムに従って制御して、各発光郡
単位の発光強度をスイッチングしてパターン照明を行な
うことが可能であった。

なお、気圧センサー１３及び気圧フィードバック制御装
置１４によって、ロータリーポンプのスイッチングを制
御して排気管８内の気圧を常に２０ｍｍＨＨに制御する
ことができ、しかもロータリーポンプ１１の消費電力を
低減させることが可能となった。

実施例３ 第１図に示したのと同様の構成の５０ｃｍＸ　１００ｃ
＋５Ｘ５ＣＩ１１のポリエチレンテレフタレート容器内
に、寒天の濃度を４重量％とする以外は実施例１で用い
たのと同様の培地の１００−を加温して注入し、これを
冷却してプレート培地４を、形成した。

次に、このようにして形成したプレート培地４の表面に
、実施例１と同様にして坂ロフラスコを用いて培養増殖
させておいた種菌を、絵筆を用いて、第４図に示したよ
うに増殖した細菌のコロニーが所定のパターン１６を形
成するように接種した後、これを１８℃２日間培養し、
培地上にコロニー１６を形成し、本発明の照明装置とし
た。

この装置を、住居の一室の壁に取り付け、実施例１と同
様の操作で作動させたところ、緑色の装飾用の照明とし
て独特の美しい光をパターン１６に従って放ち１部屋の
美感を良好なものとすることができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の照明装置は、酵素反応に
よる発光を利用したものであり、この酵素反応による発
光は、供給したエネルギーを非常に効率良く光に変換す
ることのできる発光システムであるので、本発明によっ
て、従来の電球や蛍光灯を用いる照明装置に対して、非
常に発光量子収率の高い照明装置を提供することが可能
となった。

しかも、酵素反応による発光は、従来のけい光灯や白熱
電球のように発熱しないので、発熱する光源を用いた照
明装置に比較して、照明装置を構成する各部材に熱に弱
いものをも使用することが可能であり、その選択性の幅
が大きなものとなった。

また、本発明の照明装置は、その構成部材として加工し
易い種々の材料を使用でき、簡易な装置で、大量に製造
可能であり、更に、増殖率の高い細菌等を発光体として
使用すれば、発光部の大面積化が容易である。

これに加えて、酵素反応による発光を利用するので、本
発明の装置によって、従来の照明装置では得られなかっ
た色調（蛍光色）の光を放射することのできる光源を用
いた照明装置を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の照明装置の一例の縦断面図、第２図は
生体発光に関与する酵素反応回路図、第３図は本発明の
照明装置の他の態様例の構成を表わした縦断面部分図、
第４図は本発明の照明装置の他の態様例における発光細
菌のコロニーからなるパターンを示した模式的平面図で
ある。 ■＝容器　　　　　　１−１：天板 １−２＝基板　　　　　１−３＝側壁 ２：チャンバー　　　３：空間 ４：培地　　　　　　５：コロニー ６：吸気管　　　　　６−１＝気体導入ロア：吸気バル
ブ　　　８：排気管 ８−１＝気体排出口　　９：排気バルブｌＯ：フィルタ
ー １１：排気用ロータリーポンプ １２：仕切板　　　　　１３：気圧センサー１４：気圧
フィードバック制御装置 １５ニスイツチング制御装置 １８：コロニーのパターン 第１図 第　　２　　図・ 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　酵素反応により発光する発光部を有してなること
   を特徴とする照明装置 ２）　前記発光部が前記酵素反応に関与する酵素を有す
   る及び／または生産する生体を保持して構成されたもの
   である特許請求の範囲第１項記載の照明装置。 ３）　前記酵素反応を触媒する酵素がルシフェラーゼで
   ある特許請求の範囲第１項または第２項記載の照明装置
   。 ４）　前記生体が微生物である特許請求の範囲第２項ま
   たは第３項記載の照明装置。 ５）　前記微生物が、前記酵素反応による発光機能を有
   する細菌である特許請求の範囲第４項記載の照明装置。 ６）　前記細菌が、フォトバクテリウム（ｐｈｏｔｏ−
   ｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属の細菌である特許請求の範囲第
   ５項記載の照明装置。 ７）　前記酵素反応による発光の強度を、該酵素反応系
   への酸素の供給量を変化させることによって制御する特
   許請求の範囲第３項〜第６項のいずれかに記載の照明装
   置。