JPS6154245A - 連続流動式ホモジナイザ - 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、構成簡単で安甑に
製作できると共に破砕効率高く、しかも、取扱い便利ど
した連続流動式ホモジナイザに関する。

［従来技術のＪ２明コ 生物、医学、その伯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覆
ることが必要である。このためには何らかの手段をもっ
て細胞を破砕しな（プればならないのであるが、従来の
細胞膜破砕装置としＣは、超音波を利用するもの、高圧
窒素ガス等にＪ：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、油圧機織により細胞液に
圧力をかけ細孔を通過さじて細胞膜を破砕する方式など
を始めとし、ボッタ型と呼ばれ、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■を用いて管状容器内の孔（仝を回転
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１１１胞膜破砕装置は、概して破砕効
率が悪く、又、取扱いに不便であった。例えば、広く普
及しているポッ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
価な装置となっている。

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った。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、かつ緩やかに、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、４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だ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４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１１Ｉ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尋人することがで
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ェイクラッ
チの説明図、第、５図は回転軸駆動装置の制御回路のブ
ロック図、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、この支社に、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ロアを有する管状
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廟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はカッ
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［１１１Ｊに押圧送給りるためのものである。

支柱３に管状体容器９を把持する取付金具２５゜２７を
設けている。

取付金具２５．２７は、管状体容器９に向って開いた半
円弧状の固定部材２５ａ、２７ａと、蝶ねじ２５ｂ、２
７ｂを回動可能に備えた前記固定部側と対称な半円弧状
の開閉部材２５ｃ、２７ｃから成り、前記固定部材２５
ａ、２７ｂの一端には前記蝶ねじ２５ｂ、２７ｂのねじ
部を螺入させるタップ穴を設け、他端には開閉部材２５
Ｃ，２７Ｃを固定部材２５１）、２７ｂに対して回動さ
ぼる蝶番（図示せず）を設けている。又、固定部材２５
ａ　、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ッション（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、このクッシヨンを白色、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ッチ２つ、久タ
ートスイッチ３１ａ、ストップスイッチ３１ｂ１回転速
度設定用のデジタルスイッチ３３゜実際の回転速度を表
示するしＥＤ式の速度表示装置３５を設けている。回転
軸１１は第３因及び第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
スイッチ３３で定められる速度で一方向く矢印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踵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ロアを設け・でいる。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ロアに案内する第２空３７が
形成されている。・乳棒１３と管状体容器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に漏えた回転＠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４１゜４１の深さは、上方では３
ｍｎ＋程度で、乳棒の中央部に行くに従って、ゼロとな
るまで次第に洩くしている。　乳棒１３に上記のような
案内溝４１゜４１を設けているので、乳棒１３の矢印１
７方向への回転に伴って、第１苗３５の乳化組織が乳棒
１３の中央部あるいは組織破砕部１３ａに向って送給さ
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＠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
ワンウェイクラッチ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ェイクラッチの一部拡大
平面図に相当Ｊ゛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図に示したワンウェイクラッチＣ
Ｒの内面に設けた複数の梁状斜面５３がローラ５５，５
５を介して回転軸１１を矢ｒｒＪ１７の方向に駆動−４
る。

なお、ケージ５１には梁状斜面５３に対向してローラ５
５を配設するとともに該ローラ５５を梁状斜面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０ｈ１１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Ｉｌ！１１１に容易に
着脱できるように例えばＯ−リング、或いはワンタッチ
式のゴム栓のごときものを使用でることができる。

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ＩＩＩＩＩ１１１はワンウェイクラッチ１９内を
上下方向に位置ｌｉｌ整、及び６脱自在となる。

従って、作業開始に当り、第１図に示したようむ配置を
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寸ことができる。なお、第３図
に２点鎖線でカップリンク１９を示している。このカッ
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
。

Ｍ５図に示覆ように、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ッチ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８３、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
スタートスイッチ３１ａ１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ｉｑ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ＶＡ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ＶＢと前記Ｆ／Ｖ変換部６３からの電圧ＶＡと
の誤差ＶＢ−ＶＡ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、Ｖｏ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、指令速度を下回っていれば低い電圧となる。

比較部６７は前記Ｖｃと後述するノコギリ波発生部８１
からのノコギリ波電圧ＶＤを比較し、ＶＤ≧Ｖｃのとぎ
オン（ハイレベル）、Ｖｏ＜Ｖｃのときオフ（ローレベ
ル）の電圧信＠　Ｖ　Ｅを発振部６９に与える。従って
、エンコーダの出力パルスが指令速度を下回っていれば
ノコギリ波ＶＤ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（ハイデユーティ化）する。

発振部６９は比較部６７からの出力信号ＶＥがハイレベ
ルの時に発振信号ＶＦ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。従って、エンコーダか
らの出力信号が指令速度を下回っていればハイデユーテ
ィで駆動され、モータ４５の速度を上昇させることとな
る。

速度設定部７３はデジタルスイッチで設定され、これは
、例えば毎分回転数ｒ、ｐ１ｍ、で指定される。又、速
ｒｆｌ設定部７３にはその内部にカウンターが設けられ
Ｃいると共に基準信号発信部７７からクロックパルスを
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ィを得、こ
れをフィルタを通し設定値に比例したＶＧ雷電圧生成し
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はコンバータ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ＶＧ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からのスイッチング回線Ｓ
Ｌが接続されており、ハイレベノシの信号が供給される
場合には論理スイッチＲ８Ｗが作動し、速度設定部７３
の電圧ｖＧをゼロとして出力を低下させるようにしてい
る。なお、論理スイッチＲ８Ｗ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、′ａ変度設
定７３の内部にこの（幾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ｔｏで指令電圧Ｖ＋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■１に達した後はこの電圧ｖ１を出力す
る。時刻［１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を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どしても、
その電圧降下は一定勾配で行なわれる。なお、論理スイ
ッチＲ８Ｗ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ッチ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にクロッ
クパルスを提供すると共に後述する表示駆動部８３にも
クロッ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づる。

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ＶＤ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からのクロッ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、−夕４５の回
転数を１７でいる。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１００■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ッチ３１
ａ１又はストップスイッチ３１ｂを処理してその結果を
第６図に示した論理スイッチＲ８Ｗに供給するものでそ
の内部に論理回路を設【プている。そして、スタートス
イッチがオンされた場合には、論理スイッチＲ８Ｗが開
き、ストップスイッチがオンされた場合には論理スイッ
チＲ８Ｗ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ップスイッチ
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図に示ず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
ウェイクラッチ１つ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の途中にカップリン
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ップリング１つが許容
するズレの許容角の範囲内で許されるので９、それほど
微妙に調整することを用さない。

スイッチ２９をオンし、デジタルスイッチ３３を所望の
速度値に合わせスター１〜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に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の外周面に沿って、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ロ
ア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ずればモータを停止して乳棒１３を
ｔ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ェイ
クラッチから外せば良い。

なお、上記例においてはデジタルスイッチ３３を用いて
回転軸の速度調整を行ったが、回転つまみ（ボリューム
）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ターると共に下
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６１１
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１ζ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。

従って、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、駆動部にワンウェイクラッチを設けたので乳棒の
高さ位置を自由に調整でさ、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Ｊ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っ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１ζ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図はワンウェイクラッ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ック
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
ｇ７Ｌ化組織導入ロ ア・・・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
１−スイッチ ３１ｂ・・・ストップスイッチ ３３・・・デジタルスイッチ　３５・・・速度表示器７
３・・・速度設定部　　　　７５・・・速度制限部ＣＲ
・・・ワンウェイクラッチ Ｒ８Ｗ・・・論理スイッチ 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。