JP3571950B2

JP3571950B2 - 細胞破砕装置および細胞破砕方法

Info

Publication number: JP3571950B2
Application number: JP00922199A
Authority: JP
Inventors: 修二安井
Original assignee: 安井器械株式会社
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-01-18
Also published as: JP2000202314A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は細胞や組織を破砕する細胞破砕装置および細胞破砕方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酵母菌、バクテリア等の物質生産菌や生産細胞等のスクリーニング用あるいはＤＮＡ、ＲＮＡ抽出用の細胞破砕装置としては、高速回転刃による破砕、超音波による破砕、圧力による破砕等の種々の破砕方式を採用したものが知られている。また、被破砕細胞とガラスやセラミックス製の微小ビーズ、海砂、セラミック円柱等とを密閉容器に収容して、この密閉容器を高速で振動させ、微小ビーズと細胞の衝突を繰り返して細胞を破砕する方式のものも知られている。
【０００３】
図９に示す細胞破砕装置は、本願出願人が特願平１０−１９４４６３号として提案したもので、回転駆動可能な回転軸６にその軸心に対して中心軸が傾斜した傾斜軸部８を設け、この傾斜軸部８に中心線が一致するように環状体１５を相対回転自在に外嵌すると共に、環状体１５に取り付けた磁石２２と架台３に配設された磁石２３との間の磁力により環状体１５の回転を阻止するように構成している。この環状体１５の外周には被破砕物とビーズを収容した密閉容器２０を保持するホルダ１８を周方向に多数配置している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の細胞破砕装置において、密閉容器２０に被破砕細胞と破砕媒体とを収容して振動を加えると、破砕に伴う熱の発生により、被破砕細胞の種類によっては熱による変質を来し、細胞分析等の作業に支障を来す問題があり、一定の温度条件のもとで細胞破砕を行い得ることが要望されていた。
【０００５】
本発明の目的とするところは、大量の被破砕物を効率的に破砕処理することができるようにした細胞破砕装置および細胞破砕方法を提供することにある。また本発明の他の目的とするところは一定の温度下で細胞破砕が実施できるようにした細胞破砕装置および細胞破砕方法を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の細胞破砕装置は、鉛直方向に配置されて回転駆動される回転軸に、その軸心に対し軸心の傾斜した傾斜軸部を設け、この傾斜軸部に環状体を相対回転自在に外嵌すると共に、この環状体の回転を阻止する回転阻止手段を設け、前記環状体に、円環状に形成された混合液流路を外周部に備えた円盤体を一体的に装着し、前記混合液流路を仕切り、仕切られた混合液流路に、外部に設置された送給手段から送給される被破砕物の懸濁液と被破砕物との混合液を一方向に流通させたことを特徴とする。
【０００７】
上記発明において、混合液流路の対向壁面からそれぞれ混合液の流通方向と交差する方向に突出する突出壁を交互に設けて混合液の流れがジグザグ状の流れとなるように構成すると好適である。
【０００８】
また上記発明において、円盤体の外周部に、混合液流路を囲むように冷媒流路を形成し、この冷媒流路に冷媒を一方向に流れるように構成すると好適である。
【０００９】
本発明の細胞破砕方法は、円環状の混合液流路を備えた円盤体に、周方向とこれに直角な方向の動きを複合した８の字状振動を与えながら、前記混合液流路に、被破砕物の懸濁液と破砕媒体との混合液を一方向に流通させて、前記被破砕物を破砕することを特徴とする。
【００１０】
上記発明において、混合液流路内の混合液の流れをジグザグ状の流れとすると好適である。
【００１１】
上記発明において、混合液流路を囲む冷媒流路に冷媒を一方向に流しながら被破砕物を破砕すると好適である。
【００１２】
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の参考例および実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
【００１４】
図１は、参考例に係る細胞破砕装置３１の全体構成を示すものである。基台ケース４１に防振ゴム５４を介して取り付けられた架台４３には、その下方に取り付けられたモータ３５に連結された回転軸３６が架台４３の上方に取り付けられた軸受け４４に支持され、これが鉛直方向になるように配設されている。回転軸３６には、その軸心に対して軸心を傾斜させた傾斜軸体３４（図２参照）が設けられ、この傾斜軸体３４に環状体３３を相対回転自在に外嵌させ、この環状体３３は、これに取り付けられた磁石４５に対向配置した対極磁石４６により回転が阻止されるように構成されている。前記対極磁石４６は架台４３上に固定された磁石支持板４９に取り付けられ、振れ運動する環状体３３の位置移動に対しても回転阻止作用がなされるように、常に磁石４５に対極磁石４６が対面するように対極磁石４６は磁石４５より大きな面積に形成されている。また、前記環状体３３には密閉容器３０を保持するワークホルダ３８及びこのワークホルダ３８に保持された密閉容器３０を固定する押さえ板４２が着脱自在に取り付けられる。
【００１５】
図２は、前記回転軸３６に設けられた傾斜軸体３４と、これに外嵌された環状体３３と、この環状体３３へのワークホルダ３８の装着構造とを断面構成で示すものである。
【００１６】
図示するように、前記回転軸３６の先端部に、この回転軸３６の中心軸心に対して軸心が傾斜した傾斜孔３４ａが形成された傾斜軸体３４が外嵌されると共に、図示しないキーにより相対回転不可能に結合されている。この傾斜軸体３４は、回転軸３６の先端部に形成されたネジ部４７に螺合された固定ナット４８により軸方向にも挟圧固定され、回転軸３６と一体的に回転する傾斜軸部を構成している。
【００１７】
傾斜軸体３４の外周には、一対の軸受５１を介して相対回転自在に環状体３３が外嵌されている。この環状体３３の外周面には磁石４５が取付けられ、これに対向させて架台４３に固定された磁石支持板４９に対極磁石４６が固定されている。これら磁石４５、４６間に作用する磁力によって環状体３３が回転軸３６と共回りしないように回転を阻止する回転阻止手段が構成されている。
【００１８】
また、環状体３３には、図３に示すように、円周上に多数の開口部５３を設けて形成されたワークホルダ３８と、図４に示すように、前記開口部５３に挿入された密閉容器３０が開口部５３から飛び出さないように各密閉容器３０の蓋部分を押さえる押さえ板４２とが装着され、固定ノブ（固定手段）５２を環状体３３に螺入することにより所定位置に固定される。尚、ワークホルダ３８の密閉容器保持円板部３９及び押さえ板４２に設けられた位置決め穴６７、６８は、環状体３３に形成された突起（図示せず）に嵌入させて所定位置に位置決めする穴である。
【００１９】
前記ワークホルダ３８は、図３に示すように、各開口部５３の入口にはゴムキャップ５５が配設されている。また、図３（ｂ）の断面図に示すように、開口部５３が形成された円周位置は円環状の冷媒循環容器５６に形成され、この冷媒循環容器５６は仕切り位置５７で２つに仕切られている。仕切り位置５７の両側には、外部に設置される温度管理装置に接続するための冷媒循環パイプ５８、５９が接続されるので、前記冷媒循環容器５６内には冷媒が円周上を一周するように循環して開口部に挿入された密閉容器３０を所定温度に維持することができる。
【００２０】
このワークホルダ３８は、密閉容器３０の形状寸法に対応するものに交換することができるので、所望のワークホルダ３８を環状体３３にセットして、各開口部５３に被破砕細胞と破砕媒体とを投入した密閉容器３０を挿入する。この上に押さえ板４２を置いて固定ノブ５２で固定すると、密閉容器３０の蓋がゴムキャップ５５に押し付けられて開口部５３を封止することができる。密閉容器３０は一般的には、図６に示すように、一端側にネジを形成した砲弾形のプラスチック容器７２のネジ部に蓋７３を螺入することにより密閉できるように構成されており、これをワークホルダ３８の開口部５３に挿入すると、蓋７３の下端がゴムキャップ５５に密着して開口部５３を封止することができる。
【００２１】
ワークホルダ３８に接続された２本の冷媒循環パイプ５８、５９は、冷媒の温度を自在に調節する機能を備えた温度管理装置に接続する。温度管理装置はワークホルダ３８に冷媒を循環させると共に、冷媒の温度を検出して密閉容器３０を設定した温度に維持できるように冷媒の温度を調節する。この温度調節のための温度センサーは、温度管理装置側に設けられるが、ワークホルダ３８に設けて、検出温度を温度管理装置に送るようにすることもできる。
【００２２】
上記構成になる細胞破砕装置３１の動作について説明する。サンプルとしての各種被破砕細胞と破砕媒体とをそれぞれチューブ状の密閉容器３０内に収容し、この密閉容器３０を前記ワークホルダ３８の開口部５３に挿入し、この密閉容器３０の蓋７３の上に押さえ板４２を配し、これらを固定ノブ５２により環状体３３に固定する。前記破砕媒体は、例えば、ガラスやセラミックス製の微小ビーズ、あるいは、チューブの内径に近い外形の金属製やセラミック製あるいは樹脂製やガラス製の球体、楕円体、先の形状がチューブ内の先端形状に合った円錐体等を用いることができる。
【００２３】
密閉容器３０の装着が終わると、モータ３５を駆動し、回転軸３６を例えば１２００〜２８００ｒｐｍで高速回転させる。環状体３３は回転軸３６と一体回転する傾斜軸体３４の外周に相対回転自在に外嵌され、かつ一対の磁石４５、４６間に作用する磁力にて共回転を阻止されているので、回転軸３６の回転が１回転する毎に環状体３３が軸心方向両側に振れ運動する。
【００２４】
このとき、環状体３３の外周の任意の点は、図５（ａ）（ｂ）に示すように８の字状に移動することになる。即ち、図５（ａ）に実線で示すように環状体３３が図示右側に傾斜した状態を基準位置として、そのときの環状体３３の外周上におけるａ点位置の挙動を見てみると、実線状態から回転軸３６が矢印方向に９０度回転すると、環状体３３は仮想線で示すように紙面の表裏方向に傾斜した状態に移行し、その間ａ点に対応していた位置は経路ｂを経てｃ点に移動する。次に、回転軸３６がさらに９０度回転すると、環状体３３は図５の（ｂ）に実線で示すように紙面の上下方向でかつ逆向きに傾斜した状態に移行し、ａ点に対応していた位置はｃ点から経路ｄを経て元のａ点に戻る。さらに回転軸３６が９０度回転すると、環状体３３は仮想線で示すように紙面の表裏方向に逆向きに傾斜した状態に移行し、ａ点に対応していた位置は経路ｅを経てｆ点に移動し、さらに回転軸３６が元の回転位置まで９０度回転すると、ａ点に対応していた位置はｆ点から経路ｇを経て元のａ点に戻る。
【００２５】
従って、環状体３３の外周に保持された密閉容器３０は回転軸３６の高速回転に伴って８の字状の振動形態で振動せしめられ、その結果密閉容器３０内で被破砕細胞に微小ビーズ等の破砕媒体が効果的に衝突し、その衝撃によって速やかにかつ均一に細胞が破砕される。こうして、多数の密閉容器３０内に収容された多数のサンプルの細胞破砕を一度に破砕処理することができる。
【００２６】
上記構成では、密閉容器保持円板部３９が水平方向になるように配設されるので、密閉容器３０の着脱を容易に行うことができる。密閉容器３０は固定ノブ５２を緩めて押さえ板４２を外した状態ワークホルダ３８の各開口部５３に密閉容器３０を挿入するだけでよく、取り出しも同様に簡単に行うことができる。
【００２７】
また、密閉容器３０は収容するサンプルの種類に応じてサイズの異なるものが用意されるが、各密閉容器３０のサイズに対応する開口部５３を形成したワークホルダ３８と押さえ板４２とを準備しておくと、それらを容易に交換することができ、様々な種類のサンプルに対する細胞破砕を１台の装置で実施することができる。
【００２８】
以上説明した構成において、環状体３３の回転を阻止する手段は、説明した磁石４５、４６の吸引力を利用する構成だけでなく、磁石と強磁性体との間の磁気吸着により回転を阻止する構成、一対の対向磁石間に磁石を配して磁力反発により回転を阻止する構成、バネ材により回転を阻止する構成等を採用することもできる。
【００２９】
また、ワークホルダ３８の温度調節は、ワークホルダ３８に温度センサーとペルチェ素子等の電気的な冷却手段とを備えることにより、温度センサーによるワークホルダ３８内の検出温度に基づいて冷却手段により温度を調節することができる。
【００３０】
また、ワークホルダ３８における冷却は、被破砕物を凍結温度にまで冷却して粉砕することもできる。この場合には無機物の粉砕や複数種類のものを粉砕して混合する用途にも適用することが可能となる。
【００３１】
以上説明した参考例においては、被破砕物を個々に密閉容器３０に収容して振動を加えるように構成しているが、大量の被破砕物を効率的に破砕処理する場合に適した構成を以下に説明する。
【００３２】
図７、図８は、本発明の実施形態に係る細胞破砕装置の特徴ある構成を模式的に示すもので、他の構成は参考例の構成と同様である。参考例のワークホルダ３８に相当する円盤体７０は、円環状に形成された環状容器（混合液流路）７１を外周部に備えている。この混合液流路（環状容器）７１は、密閉構造に形成され、その内部空間は仕切り部７２で２分割され、この仕切り部７２を境にした両側に混合液送給装置（送給手段）７５につながる給液パイプ７６と排液パイプ７７とが接続されている。また、環状容器（混合液流路）７１の内部空間は、対向壁面から交互に相対向する壁面に向かって突出する複数の突出壁７４が交互に列設形成されている。
【００３３】
前記混合液送給装置７５は、被破砕物を液体中に分散させた懸濁液と破砕媒体との混合液を環状容器（混合液流路）７１に送給循環させるもので、この混合液送給装置７５から給液パイプ７６を通じて混合液が環状容器（混合液流路）７１に送給されると、混合液は図示するように突出壁７４があるためにジグザグ状に流れて環状容器（混合液流路）７１内の移動距離が増加すると同時に、流れの変化により破砕効果を高めることができる。尚、実施形態において突出壁７４は、図示するように混合液の流通方向の左右から突出させているが、流通方向の上下方向から交互に突出させるように構成してもよい。
【００３４】
前記円盤体７０は、参考例のワークホルダ３８と同様に環状体３３に取り付けられ、環状体３３に加えられる８の字状の振れ運動により環状容器（混合液流路）７１内に送給された混合液中の被破砕物は、この振れ運動により破砕媒体との衝突により効果的に破砕される。混合液送給装置７５から連続的に混合液を環状容器（混合液流路）７１に送給すると、環状容器（混合液流路）７１を一周する間に破砕された被破砕物を含む混合溶液が排液パイプ７７から回収される。一回の送給で破砕が充分でない場合には、再び環状容器（混合液流路）７１に送給するように循環送給することもできる。
【００３５】
また、細胞破砕に伴う温度上昇に対処するために、図７及び図８に示すように環状容器（混合液流路）７１を囲むように冷媒流路を形成した冷却容器７８を設けて、ここに冷媒送給装置７９から冷媒を循環させる。
【００３６】
混合液を循環させる場合には、冷却容器（冷媒流路）７８を設けることなく、混合液送給装置７５に混合液の温度を調節する温度調節機能を設けて破砕に伴う混合液の温度上昇を抑えることができる。また、給液パイプ７６の途中に、螺旋パイプ、放熱器等を設けて放熱により温度上昇を抑えることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の細胞破砕装置および細胞破砕方法によれば、大量の被破砕物を効率的に破砕処理することができる。また本発明によれば、破砕による温度上昇あるいは作業環境の温度により被破砕物が変質することがなく、破砕した細胞から細胞分析等の作業を正確に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係る細胞破砕装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】同構成における要部構成を示す断面図である。
【図３】同構成におけるワークホルダの構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図４】同構成における押さえ板の構成を示す平面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は同構成における環状体の振動形態を示す説明図である。
【図６】密閉容器の一例を示す正面図である。
【図７】本発明の実施形態の要部の構成を示す模式図。
【図８】同構成における要部の断面図。
【図９】従来例の細胞破砕装置の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
３３環状体
３４傾斜軸体
３６回転軸
４５、４６磁石（回転阻止手段）
７０円盤体
７１環状容器（混合液流路）
７２仕切り部
７４突出壁
７５混合液送給装置
７８冷却容器（冷媒流路）

Claims

鉛直方向に配置されて回転駆動される回転軸に、その軸心に対し軸心の傾斜した傾斜軸部を設け、この傾斜軸部に環状体を相対回転自在に外嵌すると共に、この環状体の回転を阻止する回転阻止手段を設け、前記環状体に、円環状に形成された混合液流路を外周部に備えた円盤体を一体的に装着し、前記混合液流路を仕切り、仕切られた混合液流路に、外部に設置された送給手段から送給される被破砕物の懸濁液と被破砕物との混合液を一方向に流通させたことを特徴とする細胞破砕装置。
混合液流路の対向壁面からそれぞれ混合液の流通方向と交差する方向に突出する突出壁を交互に設けて混合液の流れがジグザグ状の流れとなるように構成した請求項１記載の細胞破砕装置。
円盤体の外周部に、混合液流路を囲むように冷媒流路を形成し、この冷媒流路に冷媒を一方向に流れるように構成した請求項１又は２記載の細胞破砕装置。
円環状の混合液流路を備えた円盤体に、周方向とこれに直角な方向の動きを複合した８の字状振動を与えながら、前記混合液流路に、被破砕物の懸濁液と破砕媒体との混合液を一方向に流通させて、前記被破砕物を破砕することを特徴とする細胞破砕方法。
混合液流路内の混合液の流れをジグザグ状の流れとする請求項４記載の細胞破砕方法。
混合液流路を囲む冷媒流路に冷媒を一方向に流しながら被破砕物を破砕する請求項４又は５記載の細胞破砕方法。