WO2025239059A1 - 圧力容器及び圧力波の測定方法 - Google Patents

圧力容器及び圧力波の測定方法

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pressure chamber
sample
chamber
vessel
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勝之 網野
裕司 山本
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Daicel Corp
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    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
    • G01N3/313—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated by explosives

Definitions

  • the present invention relates to a pressure vessel and a method for measuring pressure waves.
  • Pressure vessels are known that are equipped with a pressure device that generates pressure waves (including shock waves) and that can pressurize a sample contained in a pressure chamber using the pressure waves generated by the pressure device (see, for example, Patent Document 1).
  • the sample contained in the pressure chamber can be subjected to pressure treatment according to the purpose by exposing it to the pressure waves emitted by the pressure device.
  • the technology disclosed herein was developed in light of the above-mentioned circumstances, and aims to provide technology related to a pressure vessel that can measure pressure waves emitted from a pressure device with high accuracy.
  • the inventors discovered that by operating a pressure device while the pressure chamber is filled with a pressure wave transmission medium liquid so that no gaps are formed in the pressure chamber, and then measuring the pressure waves emitted by the pressure device into the pressure chamber, the pressure waves can be measured with high accuracy.
  • the present disclosure was completed based on this finding.
  • the technology disclosed herein is a pressure chamber capable of accommodating a sample; a pressure device that, when activated, emits a pressure wave into the pressure chamber; a pressure sensor for measuring pressure waves emitted from the pressure device; a pressure wave transmission medium liquid filling the pressure chamber so that no gap is formed between the pressure chamber and an inner wall surface that defines the pressure chamber;
  • a pressure vessel comprising:
  • the pressure device may be a pyrotechnic pressure device that has a metal explosive container that contains explosives and controls the ignition of the explosives by receiving a supply of operating power.
  • the technology according to the present disclosure can be specified as a method for measuring pressure waves.
  • the method for measuring pressure waves according to the present disclosure includes: A step of placing a sample and a pressure wave transmission medium liquid in a pressure chamber of a pressure vessel; activating a pressurizing device of the pressure vessel to emit a pressure wave from the pressurizing device into the pressure chamber; measuring the pressure waves emitted by the pressurizing device into the pressure chamber with a pressure sensor in the pressure vessel; Equipped with The pressure sensor measures the pressure wave in a state where the pressure chamber is filled with the pressure wave transmission medium liquid so that no gap is formed between the pressure chamber and the inner wall surface that defines the pressure chamber.
  • This disclosure provides technology related to a pressure vessel that can measure pressure waves emitted from a pressure device with high accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the schematic configuration of a pressure vessel.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the schematic configuration of the pressure vessel.
  • FIG. 3 is a graph showing the measurement results of pressure profiles during pressure treatment in the embodiment and the comparative example.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the schematic configuration of a pressure vessel 1 according to an embodiment.
  • the pressure vessel 1 is a metal vessel comprising a vessel body 2 and a lid 3 that is detachable from the vessel body 2.
  • a hollow pressure chamber 8 capable of containing a sample is formed inside the pressure vessel 1.
  • the pressure vessel 1 comprises an initiator 4 as a pressurizing device that emits a pressure wave into the pressure chamber 8 when activated, a pressure sensor that measures the pressure wave emitted from the pressurizing device, and a pressure wave transmission medium liquid that fills the pressure chamber so that no gaps are formed between the initiator 4 and the inner wall surface that defines the pressure chamber.
  • the initiator 4 is, for example, a pyrotechnic pressure device, and is activated when performing a pressure treatment that applies high pressure to the sample contained in the pressure chamber 8.
  • the initiator 4 receives a supply of operating power to control the ignition of explosives, thereby generating a pressure wave (shock wave) that is then emitted into the pressure chamber 8.
  • a pressure wave shock wave
  • the sample contained in the pressure chamber 8 of the pressure vessel 1, i.e., the sample that is the target of pressure treatment using the pressure vessel, is not particularly limited.
  • the pressure chamber 8 of the pressure vessel 1 is filled with a pressure wave transmission medium liquid, which is a liquid medium that promotes the transmission of pressure waves to the sample.
  • the container body 2 is, for example, a metal container having a roughly cylindrical outer shape, and has, for example, a cylindrical side wall portion 21 and a bottom wall portion 22 provided in the vertical middle portion of the side wall portion 21.
  • An upper end opening 23 is formed at the upper end side of the container body 2 as an open end.
  • a lid portion 3 can be removably attached to the upper end opening 23 of the container body 2.
  • Figure 2 shows the state in which the lid portion 3 is attached to the upper opening 23 of the container body 2.
  • the pressure chamber 8 of the pressure vessel 1 is sealed airtight and liquidtight.
  • the inner surfaces of the side wall portion 21 and bottom wall portion 22 of the container body 2 that face the pressure chamber 8 are referred to as the "side inner surface 24" and the “bottom inner surface 25,” respectively.
  • the inner surface of the lid portion 3 that faces the pressure chamber 8 when the lid portion 3 is attached to the container body 2 is referred to as the "lid inner surface 26."
  • the side inner surface 24 and bottom inner surface 25 of the container body 2 and the lid inner surface 26 of the lid portion 3 are formed as metal inner wall surfaces and correspond to the "inner wall surfaces" that define the pressure chamber 8.
  • the spatial shape of the pressure chamber 8 is not particularly limited, but as an example, it is formed as a cylindrical space.
  • the symbol X1 in Figure 2 indicates the axis of the pressure chamber 8.
  • the direction of the axis X1 of the pressure chamber 8 may be referred to as the depth direction (vertical direction) of the pressure chamber 8, and the direction perpendicular to the axis X1 may be referred to as the cross-sectional direction of the pressure chamber 8.
  • the pressure vessel 1 is equipped with an initiator 4 as a (pyrotechnic) pressurizing device.
  • the initiator 4 is, for example, an electric igniter equipped with a cup-shaped explosive container 41 for containing explosives, a pair of conductive pins 42, and the like.
  • the initiator 4 is provided in the lid 3 of the pressure vessel 1.
  • the explosive container 41 in the initiator 4 is positioned facing the pressure chamber 8, as shown in FIG. 2, so as to overlook the pressure chamber 8.
  • the explosive container 41 includes, for example, a side surface 41A that forms the side of the explosive container 41, and a cleavage surface 41B that forms the bottom of the explosive container 41.
  • the side surface 41A of the explosive container 41 has, for example, a cylindrical shape and extends along the axis X1 direction (depth direction) of the pressure chamber 8.
  • the cleavage surface 41B is connected to the bottom end of the side surface 41A and extends along the cross-sectional direction of the pressure chamber 8 (a direction perpendicular to the axis X1).
  • the bottom end of the side surface 41A is the end located on the bottom side of the pressure chamber 8.
  • An ignition current for igniting the explosive contained in the explosive container 41 is supplied to a pair of conductive pins 42 in the initiator 4.
  • the base ends of the pair of conductive pins 42 are inserted into the explosive container 41 while maintained in an electrically insulated state, and a bridge wire (resistor) (not shown) is connected between the base ends of the pair of conductive pins 42.
  • the bridge wire may be, for example, a nichrome wire.
  • the explosive may also be ZPP (zirconium potassium perchlorate), ZWPP (zirconium tungsten potassium perchlorate), THPP (titanium hydride potassium perchlorate), lead tricinate, or the like.
  • the explosive is contained in the explosive container 41 in contact with the bridge wire.
  • the explosive container 41 is formed from a thin-walled metal member such as aluminum.
  • the bridge wire heats up due to the operating current (ignition current) supplied to the pair of conductive pins 42.
  • ignition current the operating current supplied to the pair of conductive pins 42.
  • the explosive in the explosive container 41 ignites and burns.
  • the pressure inside the explosive container 41 rises, causing the cleavage surface 41B of the explosive container 41 to cleave.
  • the cleavage surface 41B is positioned opposite the pressure chamber 8 when the lid 3 is attached to the container body 2.
  • the cleavage surface 41B of the explosive container 41 is configured to be more easily cleaved by the combustion energy of the explosive than the side surface 41A.
  • the cleavage surface 41B of the explosive container 41 can be said to be a surface configured to cleave by the combustion energy of the explosive when the initiator 4 is activated.
  • an easy-to-crack portion is formed on the cleavage surface 41B of the explosive container 41, where the thickness of the metal member is thinner than other portions, so that the cleavage surface 41B is more easily cleaved by the combustion energy of the explosive when the initiator 4 is activated.
  • the easy-to-crack portion may be formed, for example, by performing a thinning process such as half-cutting on the metal member that forms the cleavage surface 41B.
  • the initiator 4 controls the ignition of the explosive contained in the explosive container 41 by receiving a supply of operating power, and releases the pressure wave (shock wave) generated by this ignition control into the pressure chamber 8.
  • the reference numeral 5 in Figure 2 denotes a sample to be subjected to pressure treatment using the pressure vessel 1.
  • the sample 5 is placed in the pressure chamber 8 of the pressure vessel.
  • the sample 5 may be a solid, a liquid, or a mixture of these. In this embodiment, an example will be described in which the sample 5 is a solution containing cells.
  • the sample 5 is placed in the pressure chamber 8 while being accommodated in a sample container 50.
  • the type of sample container 50 is not particularly limited, but it is preferably made of a material that can smoothly transmit the pressure wave (shock wave) released into the pressure chamber 8 upon activation of the initiator 4 to the sample 5 and that will not burst when exposed to the pressure wave (shock wave).
  • the sample container 50 may be, for example, a pouch with appropriate flexibility.
  • the pressure chamber 8 may be formed with a mounting portion for mounting the sample container 50 in a fixed position.
  • the mounting portion may be configured to allow the sample container 50 to be placed in a predetermined orientation, for example.
  • an installation portion may be formed near the center of the bottom inner surface 25 of the bottom wall portion 22 of the container body 2, and the sample container 50 may be installed in this installation portion.
  • Reference numeral 7 denotes a pressure wave transmission medium liquid filled in the pressure chamber 8 of the pressure vessel 1.
  • the pressure wave transmission medium liquid 7 is a liquid medium for transmitting the pressure waves (shock waves) emitted from the initiator 4 into the pressure chamber 8 to the sample 5.
  • the type of pressure wave transmission medium liquid 7 is not particularly limited, and examples include water, an aqueous solution, an organic solvent, an ionic liquid, and a gel-like liquid. These liquid solvents may be used alone or in combination of two or more. Of these, water or a liquid having a bulk modulus similar to that of water is preferred, with water being particularly preferred.
  • the reference numeral 6 denotes a pressure release valve.
  • the pressure release valve 6 is supplied with operating power, for example, from a power source (not shown), and is controlled by receiving this supply of operating power.
  • the pressure release valve 6 is closed when the initiator 4 of the pressure vessel 1 is activated, and its operation may be controlled by programming so that it opens when a predetermined time has elapsed after the initiator 4 begins operating. Furthermore, for example, the pressure release valve 6 may automatically open when the pressure in the pressure chamber 8 rises to a predetermined pressure during operation of the initiator 4.
  • the pressure release valve 6 is provided on the side wall portion 21 of the container body 2.
  • the reference numeral 9 denotes a pressure sensor.
  • the pressure sensor 9 is a sensor for measuring the pressure wave (shock wave) emitted from the initiator 4 to the pressure chamber 8 when the initiator 4 is activated; in other words, the pressure profile of the pressure wave to which the sample 5 will be exposed.
  • the pressure sensor 9 is, for example, a piezoelectric sensor having a piezoelectric element.
  • the piezoelectric element of the pressure sensor 9 is, for example, positioned facing the interior of the pressure chamber 8 or in communication with the pressure chamber 8, and is positioned so as to be exposed to the pressure wave (shock wave) emitted from the initiator 4.
  • the pressure sensor 9 is installed on the bottom wall portion 22 of the container body 2.
  • the pressure chamber 8 is placed in a high-pressure state due to the pressure waves (shock waves) emitted by the initiator 4.
  • the pressure vessel 1 is designed so that the lid 3 can be fastened integrally to the vessel body 2, so that the pressure chamber 8 can be kept airtight even when the initiator 4 is operating.
  • a gasket may be interposed between the lid 3 and the vessel body 2 to improve the airtightness of the pressure chamber 8.
  • the lid 3 and vessel body 2 may also be fastened together with high-strength bolts.
  • the procedure and operation for using the pressure vessel 1 will be explained.
  • the lid 3 is removed from the vessel body 2 of the pressure vessel 1, and the sample 5 is placed in the pressure chamber 8.
  • a sample container 50 containing the sample 5 is placed in the installation section of the pressure chamber 8.
  • the pressure chamber 8 is filled with a pressure wave transmission medium liquid 7 (e.g., water).
  • the initiator 4, pressure release valve 6, etc. are connected to a power source via wiring.
  • the supply of operating power from the power source to the initiator 4 and pressure release valve 6 is controlled by a control device.
  • the control device is not particularly limited, but may be, for example, a general-purpose computer equipped with an input section, processing section, output section, etc.
  • the pressure sensor 9 measures the pressure profile (pressure waveform) of the pressure waves to which the sample 5 is exposed during the pressurization process.
  • the pressure sensor 9 is connected to the input section of the control device via wiring, etc., and the control device can acquire the output signal of the pressure sensor 9.
  • the cells contained in sample 5 are not particularly limited. There are also no particular limitations on the type of cells, and they may be either prokaryotic cells (e.g., cells of Escherichia coli, lactic acid bacteria, Bacillus subtilis, natto, etc.) or eukaryotic cells. There are also no particular limitations on the eukaryotic cells, and they may be any of plant cells (e.g., angiosperm cells, gymnosperm cells, algae cells, etc.), animal cells (e.g., human cells, non-human mammalian cells, avian cells, reptile cells, amphibian cells, fish cells, insect cells, etc.), and microbial cells (e.g., yeast, filamentous fungi, etc.).
  • prokaryotic cells e.g., cells of Escherichia coli, lactic acid bacteria, Bacillus subtilis, natto, etc.
  • eukaryotic cells may be any of plant cells (e.g., angiosperm cells
  • Pressure treatment using the pressure vessel 1 causes partial damage to the surface of the cells contained in the sample 5.
  • Such processed cell products may allow foreign molecules to be introduced into the cells via the surface damage.
  • the processed cell products may be, for example, cells lacking at least some of their cytoplasmic components, or cytoplasmic components released from cells. These processed cell products can be reused for other purposes.
  • the pressure vessel 1 may also be pressurized for the purpose of disrupting cells contained in the sample 5.
  • Cell disruption can also be used, for example, to obtain intracellular substances such as DNA, RNA, proteins, and organelles from cells and perform molecular diagnostics (e.g., pathogen detection platforms, immunoassays for point-of-care diagnostics, protein purification for studying protein function, structure, etc., cancer diagnosis, drug screening, mRNA transcriptome determination, and compositional analysis of specific proteins, lipids, and nucleic acids, etc.).
  • molecular diagnostics e.g., pathogen detection platforms, immunoassays for point-of-care diagnostics, protein purification for studying protein function, structure, etc., cancer diagnosis, drug screening, mRNA transcriptome determination, and compositional analysis of specific proteins, lipids, and nucleic acids, etc.
  • the initiator 4 is operated with the pressure chamber 8 filled with the pressure wave transmission medium liquid 7 so that no gaps are formed between the pressure chamber 8 and the inner wall surfaces (the side inner surface 24, bottom inner surface 25 of the container body 2, and the lid inner surface 26 of the lid 3) that define the pressure chamber 8, and the pressure profile (pressure waveform) of the pressure wave emitted by the initiator 4 into the pressure chamber 8 is measured by the pressure sensor 9.
  • the pressure vessel 1 in this embodiment has: a pressure chamber 8 capable of accommodating a sample 5; an initiator 4 (pressure device) that, when activated, emits a pressure wave into a pressure chamber 8; a pressure sensor 9 for measuring a pressure wave emitted from the initiator 4 into the pressure chamber 8; and a pressure wave transmission medium liquid 7 that fills the pressure chamber 8 so that no gaps are formed between the inner wall surfaces (the side inner surface 24, bottom inner surface 25 of the container body 2, and the lid inner surface 26 of the lid 3) that define the pressure chamber 8 and the pressure wave transmission medium liquid 7.
  • the method for measuring pressure waves using the pressure vessel 1 in this embodiment is as follows: a step of placing a sample 5 and a pressure wave transmission medium liquid 7 in a pressure chamber 8 of a pressure vessel 1; activating an initiator 4 (pressurizing device) of the pressure vessel 1 to emit a pressure wave from the initiator 4 to a pressure chamber 8; measuring the pressure wave emitted by the initiator 4 into the pressure chamber 8 by the pressure sensor 9 of the pressure vessel 1; Equipped with The pressure sensor 9 measures the pressure wave while the pressure chamber 8 is filled with the pressure wave transmission medium liquid 7 so that no gaps are formed between the inner wall surfaces (the side inner surface 24, bottom inner surface 25 of the container body 2, and the lid inner surface 26 of the lid portion 3) that define the pressure chamber 8 and (the pressure wave transmission medium liquid 7).
  • Figure 3 is a graph showing the measurement results of the pressure profile during pressurization in an embodiment and a comparative example.
  • the "embodiment” shown in Figure 3 is the measurement result of the pressure profile when the pressure chamber 8 is filled with pressure wave transmission medium liquid 7 so that no gaps are formed (no gaps) and the initiator 4 is operated.
  • Comparative Example 1 is the measurement result of the pressure profile when the initiator 4 is operated with a 1 cc gap formed in the pressure chamber 8 (gap volume of 1 cc between the liquid level of the pressure wave transmission medium liquid 7 and the inner surface 26 of the lid).
  • Comparative Example 2 is the measurement result of the pressure profile when the initiator 4 is operated with a 2 cc gap formed in the pressure chamber 8 (gap volume of 2 cc between the liquid level of the pressure wave transmission medium liquid 7 and the inner surface 26 of the lid).
  • the embodiment is shown with a solid line, Comparative Example 1 with a dashed line, and Comparative Example 2 with a dashed line.
  • the initiator 4 is used as an example of a pyrotechnic pressurizing device, but pressurizing devices other than pyrotechnic pressurizing devices may also be used as long as they are capable of releasing a pressure wave into the pressure chamber 8 when activated.

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Abstract

圧力容器は、試料を収容可能な圧力チャンバーと、作動時に圧力チャンバーに圧力波を放出する加圧デバイスと、加圧デバイスから放出された圧力波を測定する圧力センサーと、チャンバーを画定する内壁面との間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバーを満たす圧力波伝達媒体液と、を備える。

Description

圧力容器及び圧力波の測定方法
　本発明は、圧力容器及び圧力波の測定方法に関する。
　圧力波（衝撃波を含む）を生成する加圧デバイスを備え、当該加圧デバイスが生成した圧力波によって圧力チャンバー内に収容した試料を加圧することの可能な圧力容器が公知である（例えば、特許文献１を参照）。このような圧力容器においては、圧力チャンバー内に収容された試料を、加圧デバイスが放出した圧力波に晒すことによって、目的に応じた試料の加圧処理を行うことができる。
国際公開第２０２１／０８５４９１号
　圧力容器を用いた試料の加圧処理において、加圧デバイスの作動時に試料に付与された圧力の大きさを精度良く測定することは、試料への影響を正確に把握する上で重要である。
　本開示の技術は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、加圧デバイスから放出される圧力波を高精度で測定可能な圧力容器に関する技術を提供することを目的とする。
　本発明者らは、鋭意検討の結果、圧力チャンバーに隙間が形成されないように当該圧力チャンバーを圧力波伝達媒体液で満たした状態で加圧デバイスを作動させ、当該加圧デバイスが圧力チャンバーに放出した圧力波を測定することで、当該圧力波を高精度で測定できることを見出した。本開示は、このような知見に基づいて完成したものである。
　本開示に係る技術は、
　試料を収容可能な圧力チャンバーと、
　作動時に前記圧力チャンバーに圧力波を放出する加圧デバイスと、
　前記加圧デバイスから放出された圧力波を測定する圧力センサーと、
　前記圧力チャンバーを画定する内壁面との間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバーを満たす圧力波伝達媒体液と、
　を備える、圧力容器である。
　前記加圧デバイスは、火薬を収容する金属製の火薬収容器を有し、作動電力の供給を受けることで前記火薬の点火制御を行う火工式の加圧デバイスであってもよい。
　また、本開示に係る技術は、圧力波の測定方法として特定することができる。
　本開示に係る圧力波の測定方法は、
　圧力容器の圧力チャンバーに試料及び圧力波伝達媒体液を収容する工程と、
　前記圧力容器の加圧デバイスを作動し、当該加圧デバイスから前記圧力チャンバーに圧力波を放出させる工程と、
　前記圧力容器の圧力センサーによって、前記加圧デバイスが前記圧力チャンバーに放出した圧力波を測定する工程と、
　を備え、
　前記圧力チャンバーを画定する内壁面との間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバーを前記圧力波伝達媒体液で満たした状態で前記圧力センサーが圧力波を測定する。
　本開示によれば、加圧デバイスから放出される圧力波を高精度で測定可能な圧力容器に関する技術を提供できる。
図１は、圧力容器の概略構成を説明する図である。 図２は、圧力容器の概略構成を説明する図である。 図３は、実施形態と比較例とにおいて、加圧処理時における圧力プロファイルの測定結果を示すグラフである。
　以下に、図面を参照して本開示の実施形態に係る圧力容器を説明する。なお、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本開示は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
　＜実施形態＞
　図１は、実施形態に係る圧力容器１の概略構成を説明する図である。圧力容器１は、圧力容器１は、容器本体２と、当該容器本体２に対して着脱自在な蓋部３とを備える金属製の容器である。圧力容器１の内部には、試料を収容可能な中空状の圧力チャンバー８が形成されている。圧力容器１は、作動時に圧力チャンバー８に圧力波を放出する加圧デバイスとしてのイニシエータ４と、加圧デバイスから放出された圧力波を測定する圧力センサーと、圧力チャンバーを画定する内壁面との間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバーを満たす圧力波伝達媒体液と、を備える。
　イニシエータ４は、例えば、火工式（パイロテクニクス式）の加圧デバイスであり、圧力チャンバー８に収容された試料に対して高圧力を作用させる加圧処理を行う際に作動する。イニシエータ４は、作動電力の供給を受けることで火薬の点火制御を行うことで生成した圧力波（衝撃波）を圧力チャンバー８に放出する。その結果、圧力チャンバーに収容された試料に対して圧力波（衝撃波）を付与することができる。
　圧力容器１の圧力チャンバー８に収容される試料、すなわち、圧力容器によって加圧処理を行う対象となる試料は特に限定されない。また、圧力容器１の圧力チャンバー８には、試料の他、試料に対する圧力波の伝達を促進するための液体媒体である圧力波伝達媒体液が充填されている。
　容器本体２は、例えば、概略円柱状の外形を有する金属製の容器であり、例えば、筒状の側壁部２１、側壁部２１の上下方向における中間部に設けられた底壁部２２などを有している。但し、容器本体２の形状については特に限定されない。容器本体２の上端側は、開放端として上端開口部２３が形成されている。容器本体２の上端開口部２３には、蓋部３を着脱自在に装着することができる。
　図２は、容器本体２の上端開口部２３に対して蓋部３を装着した状態を示す図である。容器本体２の上端開口部２３に蓋部３が装着された状態で、圧力容器１の圧力チャンバー８は気密及び液密に密閉される。ここで、容器本体２における側壁部２１及び底壁部２２において、圧力チャンバー８を臨む内面をそれぞれ「側部内面２４」、「底部内面２５」と呼ぶ。また、蓋部３のうち、当該蓋部３が容器本体２に装着された状態で圧力チャンバー８を臨む内面を「蓋部内面２６」と呼ぶ。本実施形態において、容器本体２における側部内面２４、底部内面２５、及び蓋部３における蓋部内面２６は金属製の内壁面として形成されており、圧力チャンバー８を画定する「内壁面」に相当する。圧力チャンバー８の空間形状は特に限定されないが、一例として円柱形状を有する空間として形成されている。図２に示す符号Ｘ１は、圧力チャンバー８の軸線である。以下では、便宜上、圧力チャンバー８の軸線Ｘ１方向を圧力チャンバー８の深さ方向（上下方向）とし、軸線Ｘ１と直交する方向を圧力チャンバー８の横断面方向として説明する場合がある。
　圧力容器１は、（パイロテクニクス式）の加圧デバイスとしてイニシエータ４を備える。イニシエータ４は、例えば、火薬を収容するカップ状の火薬収容器４１、一対の導電ピン４２などを備えた電気式の点火器である。一態様として、イニシエータ４は、圧力容器１の蓋部３に設けられている。そして、容器本体２に蓋部３が装着された状態において、イニシエータ４における火薬収容器４１は、図２に示すように圧力チャンバー８を臨むように、当該圧力チャンバー８に面して配置される。火薬収容器４１は、例えば、火薬収容器４１の側部を形成する側面４１Ａと、火薬収容器４１の底部を形成する開裂面４１Ｂを含む。火薬収容器４１の側面４１Ａは、例えば、円筒形状を有しており、圧力チャンバー８の軸線Ｘ１方向（深さ方向）に沿って延在している。開裂面４１Ｂは、側面４１Ａにおける底部側端部に接続され、圧力チャンバー８の横断面方向（軸線Ｘ１と直交する方向）に沿って延在している。側面４１Ａの底部側端部とは、圧力チャンバー８の底部側に位置する方の端部である。
　イニシエータ４における一対の導電ピン４２には、火薬収容器４１に収容された火薬を着火するための着火電流が供給されるようになっている。一対の導電ピン４２の基端側は、電気的絶縁状態に保持された状態で火薬収容器４１の内部に挿入されており、一対の導電ピン４２の基端同士を連結するように図示しないブリッジワイヤ（抵抗体）が連架されている。ブリッジワイヤは、例えばニクロム線等であってもよい。また、火薬としては、ZPP（ジルコニウム・過塩素酸カリウム）、ZWPP（ジルコニウム・タングステン・過塩素酸カリウム）、THPP（水素化チタン・過塩素酸カリウム）、鉛トリシネート等を採用してもよい。なお、火薬は、ブリッジワイヤに接触した状態で火薬収容器４１内に収容されている。火薬収容器４１は、例えばアルミニウムなど、薄肉の金属部材によって形成されている。
　イニシエータ４を作動させる際、一対の導電ピン４２に供給される作動電流（着火電流）によってブリッジワイヤが発熱する。その結果、火薬収容器４１内の火薬が着火、燃焼する。そして、火薬収容器４１内に収容された火薬の燃焼に伴って火薬収容器４１内の圧力が上昇し、火薬収容器４１の開裂面４１Ｂが開裂する。開裂面４１Ｂは、容器本体２に蓋部３が装着された状態で、圧力チャンバー８と対向配置される。火薬収容器４１における開裂面４１Ｂは、火薬の燃焼エネルギーによって、側面４１Ａよりも開裂しやすいように構成されている。つまり、火薬収容器４１における開裂面４１Ｂは、イニシエータ４の作動時に火薬の燃焼エネルギーによって開裂するように構成された面ということができる。例えば、火薬収容器４１の開裂面４１Ｂには、イニシエータ４の作動時に火薬の燃焼エネルギーによって開裂しやすいように、金属部材の肉厚を他の部位に比べて薄くした易開裂部が形成されている。易開裂部は、例えば、開裂面４１Ｂを形成する金属部材にハーフカット加工などの薄肉化処理を行うことで形成してもよい。
　火薬の燃焼エネルギーによって火薬収容器４１の開裂面４１Ｂが開裂すると、当該開裂箇所から燃焼生成物（火薬の燃焼ガス）が圧力波（衝撃波）として圧力チャンバー８内に放出される。このようにして、イニシエータ４は、作動電力の供給を受けることで火薬収容器４１内に収容した火薬の点火制御を行い、当該点火制御によって生成した圧力波（衝撃波）を圧力チャンバー８内に放出する。
　図２に示す符号５は、圧力容器１を用いて加圧処理を行う対象となる試料である。試料５は、圧力容器の圧力チャンバー８に配置される。試料５については特に限定されない。試料５は、固体、液体、あるいはこれらの混合物であってもよい。本実施形態では、一例として、細胞を含む溶液を試料５とする態様を例に説明する。図２に示すように、試料５は、試料収容器５０に収容された状態で圧力チャンバー８に配置されている。試料収容器５０の態様は特に限定されないが、イニシエータ４の作動時に圧力チャンバー８内に放出された圧力波（衝撃波）を試料５に円滑に伝達でき、且つ、当該圧力波（衝撃波）に晒されたときに破裂しない材質で形成されていることが好ましい。試料収容器５０は、例えば適度な柔軟性（可撓性）を有するパウチであってもよい。圧力チャンバー８には、試料収容器５０を定位置に設置するための設置部が形成されていてもよい。設置部には、例えば、所定の姿勢で試料収容器５０を載置可能になっていてもよい。例えば、容器本体２の底壁部２２における底部内面２５の中央付近に設置部が形成されており、当該設置部に試料収容器５０を設置するようになっていてもよい。
　符号７は、圧力容器１の圧力チャンバー８に充填される圧力波伝達媒体液である。圧力波伝達媒体液７は、イニシエータ４から圧力チャンバー８に放出された圧力波（衝撃波）を試料５に伝達するための液体媒体である。イニシエータ４の作動時において、試料５に対する圧力波（衝撃波）の伝達が圧力波伝達媒体液７を介して促進される。圧力波伝達媒体液７の種類は特に限定されず、例えば、水、水溶液、有機溶媒、イオン液体、あるいはゲル状液体等が挙げられる。これらの液体溶媒は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうち、好ましくは、水、又は水に近似する体積弾性率を有する液体が挙げられ、特に好ましくは水が挙げられる。
　符号６は、圧力開放弁である。圧力開放弁６は、例えば、図示しない電源から作動電力が供給されるようになっており、当該作動電力の供給を受けて制御される。圧力開放弁６は、圧力容器１のイニシエータ４が作動する際には閉じており、イニシエータ４の作動開始後、所定の時間が経過した時点で開放されるように、その作動がプログラミングによって制御されていてもよい。また、例えば、イニシエータ４の作動時に、圧力チャンバー８の圧力が所定圧力まで上昇した時点で圧力開放弁６が自動開放されてもよい。圧力開放弁６が設置される位置については特に限定されないが、図２に示す態様では、容器本体２における側壁部２１に圧力開放弁６が設けられている。
　符号９は、圧力センサーである。圧力センサー９は、イニシエータ４の作動時に、当該イニシエータ４から圧力チャンバー８に放出された圧力波（衝撃波）、言い換えると、試料５が晒されることになる圧力波の圧力プロファイルを測定するためのセンサーである。圧力センサー９は、例えば、圧電素子を有するピエゾ式のセンサーである。圧力センサー９の圧電素子は、例えば、圧力チャンバー８内を臨む、あるいは圧力チャンバー８に連通して配置されており、イニシエータ４から放出される圧力波（衝撃波）に晒されるように配置されている。圧力センサー９が設置される位置については特に限定されないが、図２に示す態様では、容器本体２における底壁部２２に圧力センサー９が設置されている。
　上記のように構成される圧力容器１は、イニシエータ４によって放出される圧力波（衝撃波）によって、圧力チャンバー８内が高圧状態となる。圧力容器１は、イニシエータ４の作動時においても圧力チャンバー８を気密に保持できるように、容器本体２に対して蓋部３を一体に締結することができるようになっている。例えば、圧力チャンバー８の気密性を向上させるためのガスケットが蓋部３と容器本体２の間に介在してもよい。また、蓋部３と容器本体２の締結は、高強度ボルトによって行われてもよい。
　次に、圧力容器１を使用する手順及び動作内容について説明する。試料５に対する加圧処理を行う準備として、まず、図１に示すように、圧力容器１の容器本体２から蓋部３を取り外し、圧力チャンバー８内に試料５を収容する。例えば、試料５を収容した試料収容器５０を圧力チャンバー８の設置部に載置する。そして、圧力チャンバー８内に圧力波伝達媒体液７（例えば、水）を充填する。
　その後、容器本体２に対して蓋部３を装着及び締結し、圧力チャンバー８内を気密状態とする。なお、イニシエータ４、圧力開放弁６などは配線を介して電力源に接続されている。イニシエータ４、圧力開放弁６に対する電力源からの作動電力の供給は制御装置によって制御される。制御装置は、特に限定されないが、例えば入力部、処理部、出力部などを備えた汎用のコンピュータであってもよい。圧力容器１を用いた試料５に対する加圧処理に際しては、加圧処理中に試料５が晒される圧力波の圧力プロファイル（圧力波形）を圧力センサー９が測定する。圧力センサー９は、配線等を介して制御装置の入力部に接続されており、制御装置は圧力センサー９の出力信号を取得することができる。
　イニシエータ４は、作動電流の供給を受けると、火薬収容器４１内に収容した火薬の点火制御を行う。そうすると、上記のとおり火薬の燃焼エネルギーによって火薬収容器４１の開裂面４１Ｂが開裂し、圧力波が圧力チャンバー８内へと放出される。圧力チャンバー８内に放出された圧力波は圧力波伝達媒体液７を伝播し、試料収容器５０に収容された試料５が加圧される。ここで、試料収容器５０は適度な柔軟性（可撓性）を有しているため、試料収容器５０が破裂することなく、内部に収容する試料５を加圧することができる。
　試料５は、一例として細胞を含む溶液である。一例として、圧力容器１は、試料５に含まれる細胞を破砕することなく表層に部分的損傷を与えるために用いることができる。このように、細胞に対して加圧処理を行うことによって、所期の細胞加工物を得ることができる。加圧処理については、例えば、試料５に対して付与される圧力波の圧力プロファイルが、以下の（１）～（３）の条件を含むようにして行われてもよい。
（１）圧力の最大値が３７ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下、
（２）圧力上昇開始時から上記最大値到達時までの時間が０．５ｍｓ以下、且つ
（３）上記最大値からの圧力減衰開始時から、圧力が上記最大値の１／２まで減衰する時点までの時間が５ｍｓ以下。
　イニシエータ４の火薬収容器４１に収容される火薬の種類、量、特性等を調整し、あるいは、イニシエータ４の作動に後続して作動される圧力開放弁６の開弁タイミング、開度調整等を調整することで上記のように規定される圧力プロファイルを有する圧力波を生成することができる。なお、上記の加圧処理は、試料５に対して１回のみ行われてもよいし、複数回に亘って繰り返されてもよい。
　試料５に含まれる細胞は特に限定されない。細胞の種類についても特に制限されず、原核細胞（例えば、大腸菌、乳酸菌、納豆菌等の細胞）及び真核細胞の何れであってもよい。真核細胞についても特に制限されず、植物細胞（例えば、被子植物細胞、裸子植物細胞、藻類細胞等）、動物細胞（例えば、ヒト細胞、ヒト以外の哺乳類細胞、鳥類細胞、爬虫類細胞、両生類細胞、魚類細胞、昆虫細胞等）、及び微生物細胞（例えば、酵母、糸状菌等）の何れであってもよい。
　試料５に含まれる細胞の濃度については特に限定されない。また、試料５は、細胞を液体中に含有させる形態で試料収容器５０に収容できる。つまり、試料５は、細胞を含む細胞懸濁液であってもよい。試料５に含まれる液体は特に限定されないが、圧力波を阻害しないように圧力波伝達媒体液７における音響インピーダンスに近い物質であることが好ましく、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂（例えば、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカンポリマー）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー）等）等が挙げられる。細胞を含有させる液体としては、典型的には水を用いることができる。当該液体には、細胞以外の任意の成分を含ませることができる。これらの任意成分は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
　圧力容器１を用いた加圧処理によれば、試料５に含まれる細胞の表層に部分的損傷が付与される。このような細胞加工物は、表層の損傷を介して細胞に外来分子が導入されてもよい。また、上記細胞加工物は、例えば、細胞質成分の少なくとも一部を欠いた細胞、あるいは、細胞から遊離した細胞質成であってもよい。これら細胞加工物は、再び別の用途に供することが可能となる。
　勿論、圧力容器１は、試料５に含まれる細胞を破砕する目的で加圧処理を行ってもよい。細胞破砕は、例えば、細胞からＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、細胞小器官などの細胞内物質を取得し、分子診断（例えば、病原体検出プラットフォーム、ポイントオブケア診断のための免疫学的測定、タンパク質の機能、構造等を研究するためのタンパク質精製、癌診断、薬剤スクリーニング、ｍＲＮＡトランスクリプトーム決定、並びに特定の蛋白質、脂質、核酸の組成分析等）を行う用途でも利用できる。
　圧力容器１を用いて試料５に対する加圧処理を行う際、加圧処理中に試料５が実際に晒された圧力波の圧力プロファイル（圧力波形）を精度よく測定することが重要である。ここで、本発明者らは、鋭意検討の結果、圧力チャンバー８への圧力波伝達媒体液７の充填が不十分な状態、すなわち圧力チャンバー８に隙間が形成された状態でイニシエータ４を作動させると、圧力センサー９によって測定される圧力波の圧力プロファイル（圧力波形）にバラつきが生じてしまうことを見出した。そこで、本実施形態においては、圧力チャンバー８を画定する内壁面（容器本体２における側部内面２４、底部内面２５、及び蓋部３における蓋部内面２６）との間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバー８を圧力波伝達媒体液７で満たした状態でイニシエータ４を作動させ、当該イニシエータ４が圧力チャンバー８に放出した圧力波の圧力プロファイル（圧力波形）を圧力センサー９によって測定することとした。
　以上のように、本実施形態における圧力容器１は、
　試料５を収容可能な圧力チャンバー８と、
　作動時に圧力チャンバー８に圧力波を放出するイニシエータ４（加圧デバイス）と、
　イニシエータ４から圧力チャンバー８に放出された圧力波を測定する圧力センサー９と、
　圧力チャンバー８を画定する内壁面（容器本体２における側部内面２４、底部内面２５、及び蓋部３における蓋部内面２６）と（圧力波伝達媒体液７と）の間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバー８を満たす圧力波伝達媒体液７と、を備える。
　また、本実施形態における圧力容器１を用いた圧力波の測定方法は、
　圧力容器１の圧力チャンバー８に試料５及び圧力波伝達媒体液７を収容する工程と、
　圧力容器１のイニシエータ４（加圧デバイス）を作動し、当該イニシエータ４から圧力チャンバー８に圧力波を放出させる工程と、
　圧力容器１の圧力センサー９によって、イニシエータ４が圧力チャンバー８に放出した圧力波を測定する工程と、
　を備え、
　圧力チャンバー８を画定する内壁面（容器本体２における側部内面２４、底部内面２５、及び蓋部３における蓋部内面２６）と（圧力波伝達媒体液７と）の間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバー８を圧力波伝達媒体液７で満たした状態で圧力センサー９が圧力波を測定する。
　図３は、実施形態と比較例とにおいて、加圧処理時における圧力プロファイルの測定結果を示すグラフである。図３に示す「実施形態」は、圧力チャンバー８に隙間が形成されないように圧力波伝達媒体液７を充填し（隙間無し）、イニシエータ４を作動させたときの圧力プロファイルの測定結果である。比較例１は、圧力チャンバー８に１ｃｃの隙間（圧力波伝達媒体液７の液面と蓋部内面２６との間の隙間容積が１ｃｃ）が形成された状態でイニシエータ４を作動させたときの圧力プロファイルの測定結果である。比較例２は、圧力チャンバー８に２ｃｃの隙間（圧力波伝達媒体液７の液面と蓋部内面２６との間の隙間容積が２ｃｃ）が形成された状態でイニシエータ４を作動させたときの圧力プロファイルの測定結果である。図３において、実施形態を実線、比較例１を破線、比較例２を一点鎖線で示している。
　圧力チャンバー８に隙間が形成されないように圧力波伝達媒体液７で満たされた実施形態によれば、圧力チャンバー８に放出された圧力波の圧力を、空気層の影響を受けることなく圧力センサー９の圧電素子によって精度よく測定することができる。図３に示す測定結果を比較すると、圧力チャンバー８に隙間が形成された比較例１及び２においては、圧力チャンバー８に隙間に形成された空気層の影響によって圧力センサー９が測定した圧力プロファイルの圧力値が小さくなる傾向が確認された。また、圧力チャンバー８の隙間容積が相対的に大きい比較例２の方が、比較例１よりも圧力プロファイルの測定誤差が大きくなることが確認された。以上のように、本実施形態における圧力容器１及びこれを用いた加圧処理時における圧力波形の測定方法によれば、加圧処理時にイニシエータ４から圧力チャンバー８に放出される圧力波の圧力プロファイルを高精度で測定することが可能となる。
　なお、上述した圧力容器１において、イニシエータ４、圧力開放弁６、圧力センサー９等を設置する位置は特に限定されない。また、上記実施形態において、火工式（パイロテクニクス式）の加圧デバイスの一例としてイニシエータ４を採用しているが、作動時に圧力チャンバー８に圧力波を放出可能である限りにおいて、火工式以外の加圧デバイスを採用してもよい。
　以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。
１・・・圧力容器
２・・・容器本体
３・・・蓋部
４・・・イニシエータ
５・・・試料
６・・・圧力開放弁
７・・・圧力波伝達媒体液
８・・・圧力チャンバー
９・・・圧力センサー

Claims (3)

  1. 　試料を収容可能な圧力チャンバーと、
    　作動時に前記圧力チャンバーに圧力波を放出する加圧デバイスと、
    　前記加圧デバイスから放出された圧力波を測定する圧力センサーと、
    　前記圧力チャンバーを画定する内壁面との間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバーを満たす圧力波伝達媒体液と、
    　を備える、
    　圧力容器。
  2. 　前記加圧デバイスは、火薬を収容する金属製の火薬収容器を有し、作動電力の供給を受けることで前記火薬の点火制御を行う火工式の加圧デバイスである、
    　請求項１に記載の圧力容器。
  3. 　圧力容器の圧力チャンバーに試料及び圧力波伝達媒体液を収容する工程と、
    　前記圧力容器の加圧デバイスを作動し、当該加圧デバイスから前記圧力チャンバーに圧力波を放出させる工程と、
    　前記圧力容器の圧力センサーによって、前記加圧デバイスが前記圧力チャンバーに放出した圧力波を測定する工程と、
    　を備え、
    　前記圧力チャンバーを画定する内壁面との間に隙間が形成されないように当該圧力チャンバーを前記圧力波伝達媒体液で満たした状態で前記圧力センサーが圧力波を測定する、
    　圧力波の測定方法。
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