JPH01142907A

JPH01142907A - 直流高圧電源装置

Info

Publication number: JPH01142907A
Application number: JP62302067A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Toda; 戸田　健三
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1989-06-05
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH0782401B2

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】Ａ、産業上の利用分野この発明は、直流高圧電源装置に係り、特に、細胞融合
装置あるいは遺伝子導入装置において、細胞懸濁液に高
電圧パルスを印加する際に必要な直流高電圧を供給する
電源装置に関する。

Ｂ、従来技術近年、バイオテクノロジーの分野において、細胞懸濁液
に高電圧パルスを印加して、細胞融合あるいは遺伝子導
入を行う技術が研究・開発されている。

このような細胞融合は、例えば次のように行われている
。２種類の細胞を懸濁した細胞懸濁液に交流電圧を印加
して細胞どうしを近接させ、その後、高電圧パルスを印
加して２種類の細胞を融合させている。遺伝子導入は、
１種類の細胞と遺伝子（ＤＮＡ）を懸濁した細胞懸濁液
を使用し、上述した細胞融合と同様の手順で遺伝子を導
入している。

このような細胞融合あるいは遺伝子導入を行う装置には
、高電圧パルスを発生するために必要な直流高圧電源装
置が備えられている。

以下、この直流高圧電源装置の概略を第４図を参照して
説明する。

同図において、符号４０は直流高圧電源装置を、５０は
細胞懸濁液が収容されている電極槽をそれぞれ示してい
る。

直流高圧電源装置４０は、直流高圧電＋１１１Ｅと、こ
れに直列に接続された抵抗Ｒ１充電コンデンサＣおよび
前記充電コンデンサＣの充電／放電を切り換える切り換
えスイッチＳＷなどから構成されている。このような直
流高圧電源装置４０の出力端子は、細胞懸濁液を収容す
る電極槽５０の正電極５１および負電極５２にそれぞれ
に接続されている。

第５図は、電極槽５０の一例を示した外観斜視図である
。この電極槽５０は、軸中心にある棒状の正電極５１と
、この正電極５１と同心状に配設された円筒形の負電極
５２とから構成されている。そして、正電極５１と負電
極型５１との間に、細胞懸濁液６０が収容されている。

以下に、高電圧パルスを出力させるための動作を説明す
る。

まず、スイッチＳＷが接点Ｔ、に接続される。

これにより、直流高圧電源Ｅから抵抗Ｒを介して充電コ
ンデンサＣに充電される。充電コンデンサＣの充電電圧
の変化を第６図（ａ）に示す、充電コンデンサＣべの充
電が完了すると、スイッチＳＷを接点Ｔ２側に切り換え
られる。そうすると、充電コンデンサＣに蓄積された電
荷が電極槽５０に向けて放電され、第６図（ロ）に示す
ような高電圧パルスが電極槽５０内の細胞懸濁液６０に
印加される。

ところで、高電圧パルスを印加して細胞融合あるいは遺
伝子導入を行うにあたって、例えば１０ｋＶ程度の非常
に高圧レベルの単発パルスを印加する手段の他に、それ
よりも低い電圧（例えば、１０００ｖ以下）レベルのパ
ルスを連続的に印加しても細胞融合などを行なえること
が知られている。

あまり高い電圧を発生させる電源装置を用いると、装置
の絶縁を十分とる必要があるなど、種々の安全対策が必
要となるので、従来、比較的に低い電圧パルスを複数個
印加するという手段が用いられることか多い。

Ｃ９発明が解決しようとする問題点しかし、上述した従来装置によれば、直流高圧電源已に
よって充電コンデンサＣの充電を行っているため、充電
期間の初期では比較的に大きな電流が流れるが、充電コ
ンデンサＣの充電電圧が上昇するにつれて、しだいに充
電電流が減少していき、所定の電圧レベル（この場合、
直流高圧電源Ｅの電圧値）に達するまでの充電時間が長
くなるという問題点がある。そのため、従来装置によれ
ば、連続パルスを印加するのに長時間かかるという問題
点がある。

一方、直流高圧電源袋Ｗ４０に備えられているスイッチ
ＳＷを連続的に切り換えて、パルス周期の短いパルスを
連続的に発生させることも考えられる。しかし、従来装
置は放電時間に比較して充電時間が長いから、第６図（
Ｃ）に示すように連続パルスの電圧レベルが次第に低下
していくという問題点が生じる。

そこで、充電時間を短くするために、大電流を流すこと
ができる電源装置を用いると、装置が大型化するという
問題点を生じる。

さらに、将来、異なる電圧レベルのパルスを細胞懸濁液
にそれぞれ加えて、細胞融合や遺伝子導入のメカニズム
を研究することも考えられる。しかし、従来装置によれ
ば、その構成上、電圧レベルの変更は困難である。また
、たとえ可変電圧電源を使用して電圧レベルを変更する
ようにしたとしても、充電時間が長いから、所定の電圧
レベルに変更するまでに長時間を要し、作業性が悪いと
いう問題点がある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、充電時間が比較的に短（、しかも、充電電圧の変
更を速やかに行うことができる小型の直流高圧電源装置
を提供することを目的としている。

Ｄ０問題点を解決するための手段第１図は、この発明に係る直流高圧電源装置の構成を示
したブロック図である。

この発明に係る直流高圧電源装置は、非安定電圧を与え
られる制御素子１と、前記制御素子ｌの出力を与えられ
る充電コンデンサＣと、前記充電コンデンサＣの充電電
圧を設定する電圧設定手段２と、前記電圧設定手段２に
よって設定された電圧（設定電圧）と前記充電電圧とを
比較することに基づき、前記充電電圧が前記設定電圧よ
りも低い場合は、前記制御素子１を直流定電流動作させ
、前記充電電圧が前記設定電圧の近くに達した場合は、
前記充電電圧が前記設定電圧に等しくなるように、前記
制御素子ｌを直流定電圧動作させる動作切り換え手段３
と、前記充電コンデンサＣを放電させる放電手段４と、
前記設定電圧が前記充電電圧よりも低く設定された場合
に、前記放電手段４を駆動させる放電制御手段５と番備
えたことを特徴としている。

Ｅ９作°用充電コンデンサＣの充電電圧が設定電圧よりも低い場合
は、制御素子１が直流定電流動作するため、充電コンデ
ンサＣは定電流によって速やかに充電される。充電電圧
が設定電圧の近くにまで達すると、制御素子ｌが直流定
電圧動作に切り換えられて、充電電圧が設定電圧に維持
される。

一方、設定電圧が充電コンデンサＣの充電電圧よりも低
く設定された場合は、放電手段が駆動され、充電コンデ
ンサＣに蓄えられた電荷が放電される。充電電圧が新た
な設定電圧以下になると、上述した直流定電流動作およ
び直流定電圧動作が行われて、充電電圧が新たな設定電
圧に維持される。

Ｆ、実施例第２図は、この発明の一実施例に係る直流高圧電源装置
の構成の概略を示したブロック図である。

同図において、符号１０は本実施例に係る直流高圧電源
装置を、３０は直流高圧電源装置１０から出力された直
流高圧電圧をスイッチングして連続パルスを発生させる
パルス発生回路である。

以下、直流高圧電源装置１０の構成を説明する。

交流電圧ＡＣは、整流回路１１および平滑回路１２によ
って、非安定の直流電圧に変換されて、制御トランジス
タＴ「のコレクタに与えられる。制御トランジスタＴｒ
のエミッタ出力は、電流検出抵抗Ｒ１、逆流防止ダイオ
ードＤＩを介して充電コンデンサＣに与えられる。制御
トランジスタＴｒのコレクタ・ベース間に抵抗Ｒ１が接
続されている。また、制御トランジスタＴ「のベースは
、差動増幅器１３および１４の各出力端子に接続されて
いる。

差動増幅器１３は、電流検出抵抗Ｒ１の電圧降下値と基
準電圧Ｖ　Ｉｌｌ！Ｆとの誤差を増幅するように構成さ
れている。一方、差動増幅器１４は、抵抗Ｒ１゜Ｒ４で
分圧された充電コンデンサＣの充電電圧Ｖ・と、充電電
圧設定器１５で設定された設定電圧ＶＳｔ↑との誤差を
増幅するように構成されている。

充電電圧設定器１５は、マイクロコンピュータあるいは
デジタルスイッチなどで構成されるもので、充電コンデ
ンサＣの充電電圧をデジタル値として設定する。充電電
圧設定器１５の設定出力は、フォトカップラなどのアイ
ソレーション１６を介してデジタル−アナログ変換器（
Ｄ／Ａ変換器）１７に与えられる。Ｄ／Ａ変換器１７に
よってアナログ信号に変換された設定電圧Ｖ　ＳＥＴは
、上述したように差動増幅器１４の一方入力として与え
られる。また、充電電圧設定器１５の出力は、アイソレ
ーション１８を介してＤ／Ａ変換器１９に与えられる。

Ｄ／Ａ変換器１９から出力された設定電圧Ｖ、ア、は、
比較器２０の一方人力として与えられる。

比較器２０は、抵抗ＲＳおよびスイッチング回路２１と
で構成される放電回路の動作を制御するもので、その他
方入力として抵抗Ｒｈ、Ｒ１で分圧された充電電圧が与
えられる。なお、スイッチング回路２１は、スイッチン
グ素子あるいはリレーなどによって構成される。

次に、上述した構成を備えた実施例の動作を説明する。

（１）定電流動作まず、オペレータが充電電圧設定器１５を操作すること
により、充電コンデンサＣの充電電圧が設定される。こ
の設定値をり、とする、設定値Ｌ１が設定されることに
より、差動増幅器１４に設定値し、に対応した設定電圧
Ｖ、。１が与えられる。

電源装置１０が始動すると、抵抗Ｒ２を介して制御トラ
ンジスタＴｒのベースにベース電流が供給される。これ
により、制御トランジスタＴｒのコレクタから出力電流
Ｉ０が流れて、電流検出抵抗Ｒ１に電圧降下を生じる。

このとき電流検出抵抗ＲＩによる電圧降下（ｖ＋　　Ｖ
ｏ　＝Ｉｎ　　・Ｒ１）は、基準電圧Ｖ□、よりも大き
くなり、差動増幅器１３は制御トランジスタＴｒに供給
されるベース電流の一部を引き込む。そうして、差動増
幅器１３は、電流検出抵抗Ｒ，における電圧降下Ｉ０　
・Ｒ。

と基準電圧Ｖ□、とが等しくなるように定電流動作（ｌ
ｏ　＝Ｖｍｔｒ　／Ｒ＋　）すルコトニヨリ、第３図（
ａ）に示すように、充電コンデンサＣの充電電圧がほぼ
直線的に増加して、設定値り、に近づいていく。

一方、抵抗Ｒ３およびＲ４で分圧された充電電圧ｖ０の
レベルは、充電電圧設定器１５で設定されて差動増幅器
１４の一方入力して与えられている設定電圧ｖｓｔｔ＋
　よりも低いので、差動増幅器１４は制御トランジスタ
Ｔｒにベース電流を供給して充電電圧ｖ０を上げようと
する。しかし、前述したように差動増幅器１３が引き込
み動作をしているので、差動増幅器１４から出力された
電流は、差動増幅器１３に吸い込まれる。換言すれば制
御トランジスタＴｒ、が定電流動作をしている間、差動
増幅器１４による定電圧動作が禁止される。

（ＩＩ）定電圧動作充電コンデンサＣの充電電圧Ｖ、が設定値り。

に近づいてくると、出力電流■。が減少するとともに、
差動増幅器１３の吸い込みが減少して、出力電流■・は
次第に零になり、以後、差動増幅器１４による定電圧動
作によって、充電電圧ｖｏが設定値Ｌ１に維持される。

（Ｉ［ｌ）放電動作次に、オペレータが充電電圧設定器１５を操作すること
により、現在の設定値Ｌ１よりも低いレベルの設定値し
、を設定したとする。そうすると、抵抗Ｒ４およびＲ？
によって分圧された充電電圧のレベルは比較器２０の一
方入力として与えられている設定電圧ｖｓｔｔ＊よりも
高くなるため、比較器２０の出力が反転する。その結果
、スイッチ回路２１がＯＮ状態となり、充電コンデンサ
Ｃに蓄積された電荷が抵抗Ｒ２およびスイッチ回路２１
を介して放電され、第３図（ａ）に示すように充電コン
デンサＣの充電電圧が次第に減少する。

充電電圧が設定値し富よりも低くなると、前述したよう
に制御トランジスタＴｒが定電流動作し、充電電圧を設
定値し２に近づけようとする。充電電圧が設定値Ｌ２に
達すると、制御トランジスタＴｒの定電圧動作によって
、その電圧値が維持される。

以上のようにして直流高圧電源装置１０から出力された
高圧直流電圧は、パルス発生回路３０に与えられる。パ
ルス発生回路３０は図示しないマイクロコンピュータな
どからのパルス周期コントロール信号に基づき、スイッ
チングすることにより、第３図ら）に示すように、所定
周期の高電圧パルスを出力する。高電圧パルス出力によ
り、充電電圧に変動があると、上述した制御トランジス
タＴｒの定電流動作および定電圧動作によって、前記充
電電圧が速やかに設定電圧に維持される。

なお、上述の実施例では、交流電圧ＡＣを整流・平滑し
て制御トランジスタＴｒに供給するように構成したが、
平滑回路１２は必ずしも必要とされない、即ち、整流回
路１１から出力された脈流電圧を制御トランジスタＴｒ
に直接供給するように構成してもよい、この場合、充電
コンデンサＣへの充電時間が若干長くなるが、装置を簡
易形に構成することができる。

また、充電電圧設定器１５としてマイクロコンピュータ
を用いた場合、プログラムによって充電電圧を順次変更
することができるので、電圧レベルの異なる高電圧パル
スを細胞懸濁液に連続的に加えて、細胞融合や遺伝子導
入のメカニズムを研究する上で好都合である。

Ｇ２発明の効果以上の説明から明らかなように、この発明に係る直流高
圧電源装置は、充電コンデンサへの充電期間にあっては
制御素子を定電流動作させ、充電電圧が設定値に達した
後は制御素子を定電圧動作させることによって充電電圧
を設定値に維持するように構成したので、電圧源によっ
て充電している従来装置に比較して充電時間が短くなる
。したがって、この発明に係る直流高圧電源装置は、高
圧パルスを連続的に加えて細胞融合などを行う場合に、
高圧パルスを出力させるための電源としてたいへん適し
ている。

また、電圧源によって充電時間を短くしようとすると、
大電流を流す必要があるために、電源が大型化するが、
この発明によれば、定電流で充電するから、比較的に小
型の電源装置であっても充電時間を短くすることができ
る。

さらに、この発明に係る装置は、充電電圧の設定値を現
在の充電電圧よりも低い値に設定した場合に、放電手段
を駆動させて充電コンデンサの放電を行い、充電電圧が
新たな設定値よりも低くなったときは、定電流動作で充
電電圧を持ち上げ、以後、定電圧動作によって充電電圧
をその設定値に維持するから、充電電圧の設定値の変更
を速やかに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る直流高圧電源装置の構成を示し
たブロック図、第２図はこの発明の一実施例の構成を示
したブロック図、第３図は前記実施例の動作波形図、第
４図は従来の電源装置の構成の概略を示した回路図、第
５図は細胞懸濁液が収容される電極槽の一例の斜視図、
第６図は従来装置の動作波形図である。１・・・制御素子２・・・充電電圧設定手段３・・・動作切り換え手段４・・・放電手段５・・・放電制御手段Ｃ・・・充電コンデンサ１０・・・直流高圧電源装置１３．１４・・・差動増幅器１５・・・充電電圧設定器２０・・・比較器２１・・・スイッチ回路Ｔ「・・・制御トランジスタＲ１・・・電流検出抵抗３０・・・パルス発生回路５０・・・電極槽６０・・・細胞懸濁液第１図第３図蒔問

Claims

【特許請求の範囲】

非安定電圧を与えられる制御素子と、前記制御素子の出
力を与えられる充電コンデンサと、前記充電コンデンサ
の充電電圧を設定する電圧設定手段と、前記電圧設定手
段によって設定された電圧（設定電圧）と前記充電電圧
とを比較することに基づき、前記充電電圧が前記設定電
圧よりも低い場合は、前記制御素子を直流定電流動作さ
せ、前記充電電圧が前記設定電圧の近くに達した場合は
、前記充電電圧が前記設定電圧に等しくなるように、前
記制御素子を直流定電圧動作させる動作切り換え手段と
、前記充電コンデンサを放電させる放電手段と、前記設
定電圧が前記充電電圧よりも低く設定された場合に、前
記放電手段を駆動させる放電制御手段とを備えたことを
特徴する直流高圧電源装置。