(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を蓄積するための少なくとも１つの電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加するための方法であって、
ａ）第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加すると同時に第２の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電することによって電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節する工程と、
ｂ）前記第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを同じ反応空間又はさらなる反応空間に印加すると同時に、工程ａ）で放電された前記第１の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電することによって電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節する工程とを含み、
少なくとも２つの電荷蓄積ユニットがそれぞれ蓄積モジュールを形成し、前記電荷蓄積ユニットのうちの一方が少なくとも部分的に放電され、その一方で、他方の電荷蓄積ユニットが充電又は部分的に放電されて電圧が次の電圧パルスに必要なレベルに調節され、これにより、前記蓄積モジュールが、次の電圧パルスに必要な電圧をいつでも準備ができた状態に保持でき、少なくとも部分的に共通のインターフェースを介して放電できることを特徴とする、
方法。
【請求項２】
ａ）２つの第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも２つの反応空間に印加すると同時に２つの第２の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電することによって電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節する工程と、
ｂ）前記２つの第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを同じ反応空間又はさらなる２つの反応空間に印加すると同時に、工程ａ）で少なくとも部分的に放電された前記２つの第１の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電することによって電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節する工程と、
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ａ）第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加する工程と、
ｂ）前記第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つのさらなる電圧パルスを前記反応空間に印加すると同時に、さらなる第２の電荷蓄積ユニットと工程ａ）で放電された前記第１の電荷蓄積ユニットとを充電又は部分的に放電することによって電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節する工程と、
ｃ）工程ａ）で少なくとも部分的に放電され、工程ｂ）で再充電又は部分的に放電された前記第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを別の反応空間又は同じ反応空間に印加する工程と、
ｄ）工程ｂ）で充電又は部分的に放電された前記さらなる第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つのさらなる電圧パルスを工程ｃ）の前記反応空間に印加すると同時に、工程ｂ）で少なくとも部分的に放電された前記第２の電荷蓄積ユニットと工程ｃ）で少なくとも部分的に放電された前記第１の電荷蓄積ユニットとを充電又は部分的に放電することによって電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節する工程と、
を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ａ）２つの第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも２つの反応空間にそれぞれ少なくとも１つの電圧パルスを印加する工程と、
ｂ）２つの第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって工程ａ）の前記２つの反応空間にそれぞれ少なくとも１つのさらなる電圧パルスを印加すると同時に、２つのさらなる第２の電荷蓄積ユニットと工程ａ）で少なくとも部分的に放電された前記２つの第１の電荷蓄積ユニットとを充電又は部分的に放電することによって電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節する工程と、
ｃ）工程ａ）で少なくとも部分的に放電され、工程ｂ）で再充電又は部分的に放電された前記２つの第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって同じ反応空間又は２つのさらなる反応空間にそれぞれ少なくとも１つの電圧パルスを印加する工程と、
ｄ）工程ｂ）で充電又は部分的に放電された前記２つのさらなる第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって工程ｃ）の前記２つの反応空間に少なくとも１つのさらなる電圧パルスを印加すると同時に、工程ｂ）で少なくとも部分的に放電された前記２つの第２の電荷蓄積ユニットと工程ｃ）で少なくとも部分的に放電された前記２つの第１の電荷蓄積ユニットとを充電又は部分的に放電することによって電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節する工程と、を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
互いに最大限に離間された反応空間を連続して処理することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加するための装置（１、２０、３０、４０、５０、７０）であって、電荷を蓄積するための少なくとも２つの電荷蓄積ユニット（１０、１１）、前記電荷蓄積ユニット（１０、１１）を充電するための少なくとも１つの電源ユニット（１２）、及び、前記電荷蓄積ユニット（１０、１１）を少なくとも部分的に放電するための少なくとも１つの放電装置を備え、
前記電荷蓄積ユニット（１０、１１）のうちの少なくとも２つが、共通の蓄積モジュールを形成し、前記２つの電荷蓄積ユニット（１０、１１）のうちの一方は、常に充電された状態であり、前記放電装置によって少なくとも部分的に放電され、他方の前記電荷蓄積ユニット（１０、１１）は、電圧を次の電圧パルスに必要なレベルに調節するために充電又は部分的に放電可能であり、これにより前記蓄積モジュールは、電圧パルスを準備ができた状態に保持するためにいつでも完全に利用可能であり、共通のインターフェース（１４）を介していつでも放電可能であり、
前記少なくとも２つの電荷蓄積ユニット（１０、１１）が前記共通のインターフェース（１４）を介してパルス発生ユニット（７）、切換ユニット（８）、及び／又は、電圧パルスの分配装置（９）と電気的に結合されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
少なくとも１つのさらなるインターフェース（２２）を介して前記パルス発生ユニット（７）、前記切換ユニット（８）、及び／又は、前記電圧パルスの分配装置（９）と電気的に結合されている少なくとも１つのさらなる電荷蓄積ユニット（２１）が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのさらなる電荷蓄積ユニット（２１）が電源ユニット（２３）と電気的に結合されていること、及び、少なくとも前記少なくとも２つの電荷蓄積ユニット（１０、１１）が共通の電源ユニット（１２）と電気的に結合されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも４つの電荷蓄積ユニット（１０、１１、３１、３２）が設けられていること、並びに、前記電荷蓄積ユニット（１０、１１、３１、３２）のうちの少なくとも２つが、それぞれ、前記共通のインターフェース（１４、３４）を介して前記パルス発生ユニット（７）、前記切換ユニット（８）、及び／又は、前記電圧パルスの分配装置（９）と電気的に結合された蓄積モジュールを形成することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも２つの電源ユニット（１２、３３）が設けられ、各電源ユニット（１２、３３）がそれぞれ１つの蓄積モジュールと電気的に結合されていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記電荷蓄積ユニット（１０、１１、２１、３１、３２、４１）が少なくとも４つのインターフェース（１４、２２、３４、４３）を介して前記パルス発生ユニット（７）、前記切換ユニット（８）、及び／又は、前記分配装置（９）と電気的に結合されていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記電荷蓄積ユニットのうちの少なくとも２つ（２１、４１）が少なくとも１つの電源ユニット（２３、４２）と電気的に結合されていること、並びに、少なくとも２つの電荷蓄積ユニット（１０、１１、３１、３２）をそれぞれが含む少なくとも２つの蓄積モジュールが設けられ、前記蓄積モジュールのうちの少なくとも２つがそれぞれ共通の電源ユニット（１２、３３）と電気的に結合されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの電荷蓄積ユニット（１０、１１、２１、３１、３２、４１）が、切換ユニットを介して電圧パルスの分配装置（９）と電気的に結合されたパルス発生ユニット（７）と電気的に結合されていることを特徴とする、請求項６〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷を蓄積するための少なくとも１つの電荷蓄積ユニットを放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加するための方法に関する。本発明は、さらに、少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加するための装置であって、電荷を蓄積するための少なくとも２つの電荷蓄積ユニット、電荷蓄積ユニットを充電するための少なくとも１つの電源ユニット、及び／又は、電荷蓄積ユニットを部分的に放電するための少なくとも１つの放電装置を含む装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡ、ＲＮＡ、又はタンパク質のような生物活性分子の生細胞への導入は、これらの分子の生物学的機能を調べるための重要な手段の代表例である。外来分子を細胞に導入するための好適な方法として、電気穿孔法が挙げられ、この方法は、化学的な方法とは対照的に、他の生物活性分子の同時輸送に頼らない。電気穿孔法では、外来分子は、瞬間的な電流フローにより、細胞又は細胞培地に適合した緩衝溶液から細胞に導入され、そのために、電圧パルス又は電界及びそれによって生じる電流フローの効果により、細胞膜を外来分子が透過できるようにする。細胞懸濁液を、電圧印加用の２つの対向する平行電極を側壁に備える検体空間を有するいわゆるキュベットすなわち細い開放容器に入れることがよくある。細胞膜に瞬間的にあけられた「穴」により、生物活性分子は、まず、細胞質に到達し、細胞質内で適宜その調査機能を発揮することができ、その後、ある一定の条件であれば細胞の核にも到達する。強い電界の瞬間的な印加すなわち瞬間的な高電流密度の電圧パルスにより、細胞、細胞誘導体、細胞内粒子、及び／又は、小胞を融合させることがさらに可能である。このいわゆる電気融合法では、細胞を、例えば、不均一な交流電界によって、まず、密接に膜接触させる。次いで、電界パルスを印加すると、膜の一部が相互作用し始め、最終的に融合に至る。電気融合法に用いられる装置は、電気穿孔法に用いられる装置と同様であり得る。また、生細胞を電界によって刺激して性質を変化させるようにすることもある。
【０００３】
生細胞の電気穿孔、電気融合、又は電気刺激、並びに、出発溶液を電界及び電流にさらすことが必要な用途のためのいくつかの反応空間を備えた容器は、とりわけ生化学及び製薬用途において、複数の出発溶液を同時に試験しなければならない場合に用いられる。その目的は、特にＨＴ分析（ＨＴ＝ハイスループット）のために、１つの容器において最大数の反応空間、例えば９６又は３８４の反応空間を利用可能にすることである。これは、この場合には複数の検体を可能な限り短時間で試験するからである。この種の容器は、概して、多孔プレート、マイクロタイタープレート、又はマルチウェルである。通常、これらの容器は、２つの電極をそれぞれが備えたいくつかの反応空間からなり、２つの電極は反応空間内部の例えば細胞懸濁液の出発溶液と接触している。反応空間の２つの電極は、反応空間内部に電圧が印加されると電界を生じさせる。導電性物質があれば、異なる極性の周囲電極によって電界のほかに電流が生じる。異なる反応空間の同じ極性の電極、すなわち例えばすべての陰極及び／又はすべての陽極は、一体形成されているか、又は電気的に相互結合され、共通の電気接点を介して電圧源へ接続可能となっている。
【０００４】
このようなマイクロタイタープレートを電気的に処理するとき、個々の反応空間に１つ又はいくつかの電圧パルスを印加するのにかかる時間が非常に長いという事に１つの問題がある。その理由は、特に反応槽を個別に処理するときに、非常に多くの電圧パルスを連続して放出しなければならず、そのことにより、特に電気パルスの高い電圧値及び／又はエネルギーのために、使用される電荷蓄積ユニットつまりコンデンサの容量及び充電時間に非常に高い要求が課されるからである。
【０００５】
反応空間にいくつかの電圧パルスを印加するための方法及び装置が知られている。例えば、米国特許第６，１５０，１４８号（特許文献１）には、いくつかの電圧パルスを発生させて反応空間に進入させる電気穿孔法のための方法及び装置が開示されている。この装置は、２つのコンデンサをそれぞれ分圧器と１つのトランジスタとを介して充電することができる電圧源を備える。コンデンサは、いくつかの連続した電圧パルス、例えば、比較的高い電圧振幅を有する少なくとも１つの電圧パルスと、より低い電圧振幅を有する少なくとも１つの電圧パルスとを反応空間に印加できるように、制御可能なスイッチを介して放電される。しかし、この装置には、このような電圧パルスシーケンスをいくつかの反応空間に連続して印加するとき、各反応空間を処理するたびに又は少なくともほんの少数の反応空間を処理するたびに上記２つのコンデンサを再充電しなければならず、そのために休止期間が何度も繰り返し発生し、全体としてプロセス所要時間を長引かせるという欠点がある。
【０００６】
さらに、米国特許第６，０１０，６１３号（特許文献２）には、電圧パルスのシーケンスを発生させるための方法及び装置が開示されている。ここでは、１つのパルスシーケンスを発生させるのに十分な容量を有する単一のコンデンサをほぼ完全に放電することによって電圧パルスを発生させる。次のパルス又は次のパルスシーケンスを発生させるためには、まず、コンデンサを所要の電圧振幅まで再充電しなければならない。多くの反応空間を処理する場合、このことにかかる時間が合計プロセス時間に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，１５０，１４８号
【特許文献２】米国特許第６，０１０，６１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、最小限の時間内で反応空間にそれぞれ１つ又はいくつかの電圧パルスを印加することができる方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的は、電荷を蓄積するための少なくとも１つの電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加するための方法であって、
ａ）第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加すると同時に第２の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電する工程と、
ｂ）上記第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを同じ反応空間又はさらなる反応空間に印加すると同時に、工程ａ）で放電された上記第１の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電する工程と、
を含む方法によって達成される。
【００１０】
本発明に係る方法を用いれば、第１又は第２の電荷蓄積ユニットを並行して又は同時に少なくとも部分的に充電及び放電することにより、連続して行われる電気的処理の間で電荷蓄積ユニットの充電に時間が無駄にされることがなく、その結果、合計プロセス時間が著しく削減される。１つの電荷蓄積ユニットの放電と、それと同時の別の電荷蓄積ユニットの充電又は部分的な放電とを周期的に行うことにより、常に少なくとも１つの充電済みの電荷蓄積ユニットを次の放電動作に利用可能であり、そのため、電荷蓄積ユニットの充電又は部分的な放電が放電動作よりも短いとすると、２つの放電動作の間で電荷蓄積ユニットの充電又は部分的な放電のために追加の時間が必要とされない。従って、本発明に係る方法により、多数のパルスが用いられる用途であろうといくつかの反応空間に連続してかつ／又は同時に電圧パルスを印加しなければならない用途であろうと、非常に高速の電圧パルスシーケンスを達成することができる。特にハイスループットプロセスの場合、これによりプロセス時間を著しく削減することができる。
【００１１】
本発明において「少なくとも部分的に放電する」とは、電圧パルスの放出時に各電荷蓄積ユニットを必ずしも完全に放電する必要はなく、電圧パルスに必要な電圧差を放出するだけであることを意味する。すなわち、放電後の電荷蓄積ユニットに残留電圧が残っていてもよい。
【００１２】
本発明において「同時の」とは、充電動作及び放電動作が少なくとも部分的に時間的に一致して進行することを意味する。すなわち、これら２つの動作を時間的に一致して進行させてもよく、互いに時間をずらしてもよく、後者の場合には、ある動作が依然として又は既に進行している一方で、他方の動作は既に終了しているか又はまだ開始されていないということになる。電圧パルス放出の際の少なくとも部分的な放電動作は非常に短時間の事象になることがあるため、その場合、各電荷蓄積ユニットは、当該放電動作の開始前及び／又は終了後の「同時の」充電動作又は部分的な放電動作の間、より長く続くこの充電動作又は部分的な放電動作が完了するまで停止していることになる。
【００１３】
本発明において「充電又は部分的に放電する」とは、電荷蓄積ユニットを、次のつまり後続の電圧パルスを放出する準備ができた状態にすることを意味する。このことは、電荷蓄積ユニットにおける電圧レベルを次の電圧パルスに必要な電圧に合わせることを意味する。このことは、一方では、電荷蓄積ユニットを次の電圧パルスに必要な電圧まで充電することによって、他方では、次の電圧パルスに対して予測される電圧まで部分的に放電することによって、行われ得る。２番目の場合には、放電装置、例えば、電気負荷、好ましくは放電抵抗によって電荷蓄積ユニットを部分的に放電することにより、電荷蓄積ユニットにおける電圧レベルを次の反応空間のための新たなより低い電圧レベルに合わせる。
【００１４】
プロセスの完了までの全工程が必要なだけ繰り返されると、かつ／又は、最後の工程の実施後にプロセスが完了すると、特に有利である。本発明に係る方法は数回繰り返されるのが好ましい。すなわち、例えば非常に多くの反応空間を連続して電気的に処理することを可能にする数サイクルのプロセス工程が行われ、そのことにより、処理対象の反応空間のすべてに少なくとも１つの電圧パルスが印加されるまではプロセスは完了しない。従って、例えば、本発明に係る方法を、マルチウェルプレート、好ましくは９６ウェルプレート又は３８４ウェルプレートを用いたハイスループットプロセスにおいて問題なく採用することができる。
【００１５】
本発明の有利な発展形態において、本方法は、
ａ）２つの第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも２つの反応空間に印加すると同時に２つの第２の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電する工程と、
ｂ）前記２つの第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを同じ反応空間又はさらなる２つの反応空間に印加すると同時に、工程ａ）で少なくとも部分的に放電された前記２つの第１の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電する工程と、
を含み得る。
【００１６】
従って、本発明に係る方法を、いくつかの電圧パルスを単一の反応空間もしくはキュベットに印加するため、又はいくつかの反応空間を電気的に処理するために採用することができる。後者の場合は、電圧パルスを短時間に多くの反応空間に連続して印加し得、それにより、常に少なくとも２つの反応空間を同時に処理することができる。従って、本発明に係る方法を用いれば、本発明の有利な発展形態においては少なくとも２つの反応空間に同時に電圧パルスを印加することができるので、いくつかの反応空間を処理する速度が著しく上がる。
【００１７】
本発明のさらなる有利な発展形態において、本方法は、
ａ）第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加する工程と、
ｂ）前記第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つのさらなる電圧パルスを前記反応空間に印加すると同時に、さらなる第２の電荷蓄積ユニットと工程ａ）で放電された前記第１の電荷蓄積ユニットとを充電又は部分的に放電する工程と、
ｃ）工程ａ）で少なくとも部分的に放電され、工程ｂ）で再充電又は部分的に放電された前記第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つの電圧パルスを別の反応空間又は同じ反応空間に印加する工程と、
ｄ）工程ｂ）で充電又は部分的に放電された前記さらなる第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも１つのさらなる電圧パルスを工程ｃ）の前記反応空間に印加すると同時に、工程ｂ）で少なくとも部分的に放電された前記第２の電荷蓄積ユニットと工程ｃ）で少なくとも部分的に放電された前記第１の電荷蓄積ユニットとを充電又は部分的に放電する工程と、
を含み得る。
【００１８】
本発明に係るこの解決手段は、特に、比較的高い電圧振幅及び／又は比較的低いエネルギーを有する短い電圧パルスと、より低い電圧振幅及び／又はより高いエネルギーを有するより長い電圧パルスとからなる電圧パルスを発生させる場合に有利である。このようなデュアル電圧パルスを比較的短時間にいくつかの反応空間に連続して印加する場合、例えば、ハイスループットプロセスにおいてマルチウェルプレートを用いる場合、長い方の電圧パルス用の単一のコンデンサを用いれば、個々の反応空間の処理間の時間間隔が比較的長くなる。これは、放電され、その後、再充電又は部分的に放電されたコンデンサを、まず、次の電圧パルスのために指定された電圧に合わせなければならず、このことに大量の電気エネルギーが必要となるからである。これに対して、本発明に係る方法を用いれば、常に２つの電荷蓄積ユニットのうちの一方が放電されている一方で、他方の電荷蓄積ユニットが充電又は部分的に放電されており、これにより、短時間に非常に多くの反応空間に電圧パルスを印加することが可能となる。低い方のエネルギー必要量のために第１の電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電することは、時間を制約する要因とはならない。これは、２つの第２の電荷蓄積ユニットのうちの一方のより長く続く放電動作の間、第１の電荷蓄積ユニットを例えば再充電又は部分的に放電するからである。
【００１９】
本発明に係る方法のさらなる特に有利な発展形態において、本方法は、
ａ）２つの第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって少なくとも２つの反応空間にそれぞれ少なくとも１つの電圧パルスを印加する工程と、
ｂ）２つの第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって工程ａ）の前記２つの反応空間にそれぞれ少なくとも１つのさらなる電圧パルスを印加すると同時に、２つのさらなる第２の電荷蓄積ユニットと工程ａ）で少なくとも部分的に放電された前記２つの第１の電荷蓄積ユニットとを充電又は部分的に放電する工程と、
ｃ）工程ａ）で少なくとも部分的に放電され、工程ｂ）で再充電又は部分的に放電された前記２つの第１の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって同じ反応空間又は２つのさらなる反応空間にそれぞれ少なくとも１つの電圧パルスを印加する工程と、
ｄ）工程ｂ）で充電又は部分的に放電された前記２つのさらなる第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって工程ｃ）の前記２つの反応空間に少なくとも１つのさらなる電圧パルスを印加すると同時に、工程ｂ）で少なくとも部分的に放電された前記２つの第２の電荷蓄積ユニットと工程ｃ）で少なくとも部分的に放電された前記２つの第１の電荷蓄積ユニットとを充電又は部分的に放電する工程と、
を含み得る。
【００２０】
本発明に係るプロセスの開始時に、好ましくは少なくとも２つの第１の電荷蓄積ユニットがまず同時に又は連続して充電される。充電動作が終了すると、これら２つの第１の電荷蓄積ユニットは放電され、これにより、電圧パルス、好ましくは、比較的高い電圧振幅を有する短い電圧パルスが、少なくとも２つの反応空間にそれぞれ印加される。次いで、１つのさらなる電圧パルス、好ましくは、より低い電圧振幅を有するより長い電圧パルスが、短い休止時間の後で又は中断なしでこれら２つの反応空間にそれぞれ印加されるが、これらの電圧パルスは、第２の電荷蓄積ユニットを少なくとも部分的に放電することによって発生させる。これらの第２の電荷蓄積ユニットが放電されるのと同時に、少なくとも２つのさらなる第２の電荷蓄積ユニットと前記２つの第１の電荷蓄積ユニットとが充電又は部分的に放電されるので、充電動作又は放電動作によって合計プロセス時間が長引くことはなく、各電荷蓄積ユニットは、次の反応空間を処理しなければならないときに再び直ちに利用可能である。次いで、前記２つの第１の電荷蓄積ユニットを放電することによって、同じ反応空間又は２つのさらなる反応空間をそれぞれ電圧パルスで処理することができる。その後、先に充電又は部分的に放電された第２の電荷蓄積ユニットが再び少なくとも部分的に放電され、その一方で、これと時間的に並行して、先に放電された電荷蓄積ユニットが再充電又は部分的に放電される。前述の充電動作及び放電動作を必要なだけ繰り返すことができ、これにより、非常に多くの電圧パルスを比較的短時間に放出することが可能となる。このようにして、電圧パルス、特にデュアルパルスを、比較的短時間に複数の反応空間に印加することができる。
【００２１】
本発明の有利な発展形態においては、プロセスの初めに工程ａ）に先立ってすべての電荷蓄積ユニットを充電することができ、これにより、必要に応じてすべての電荷蓄積ユニットを放電することが可能となる。あるいは、それぞれの電荷蓄積ユニットを放電直前に充電することができる。
【００２２】
少なくとも２つの電荷蓄積ユニットがそれぞれ蓄積モジュールを形成し、使用時に常に電荷蓄積ユニットのうちの一方が少なくとも部分的に放電されるか又は放電の準備ができた状態にあり、その一方で、他方の電荷蓄積ユニットが充電又は部分的に放電され、そのために、蓄積モジュールが、次の電圧パルスのために合計で必要とされる電圧を準備ができた状態に保持し、ひいては少なくとも部分的に放電できれば、特に有利である。充電動作及び放電動作は、時間的に一致させて実施することもでき、時間を互いにずらすこともできる。
【００２３】
本方法の有利な発展形態においては、第１の電荷蓄積ユニットの容量が少なくとも１０μＦ、好ましくは少なくとも５０μＦ、特に少なくとも１００μＦであり、かつ／又は、２μｓ〜４０ｍｓ、好ましくは５μｓ〜２０ｍｓ、特に１０μｓ〜１０ｍｓのパルス持続時間にわたって１０〜１５００Ｖ、好ましくは２０〜１２００Ｖ、特に５０〜１０００Ｖの初期電圧で放電されることが考えられる。
【００２４】
本方法の有利な発展形態においては、第２の電荷蓄積ユニットの容量が少なくとも１００μＦ、好ましくは少なくとも５００μＦ、特に少なくとも１０００μＦであり、かつ／又は、１ｍｓ〜５００ｍｓ、好ましくは２ｍｓ〜３５０ｍｓ、特に４ｍｓ〜２５０ｍｓのパルス持続時間にわたって１０〜２４０Ｖ、好ましくは２０〜２００Ｖ、特に５０〜１５０Ｖの初期電圧で放電され得ることがさらに考えられる。
【００２５】
特に、ハイスループットプロセスにおいては、工程ｃ）及び工程ｄ）又は工程ｂ）〜工程ｅ）を少なくとも６回、８回、１６回、２４回、３２回、４８回、６４回、９６回、１２８回、１９２回、２５６回、３８４回、１５３６回、３４５６回、又は６１４４回繰り返すことが可能であり有利である。
【００２６】
いくつかの反応空間を備えた容器を短い間隔で次々と、好ましくは６回、８回、１６回、２４回、３２回、４８回、６４回、９６回、１２８回、１９２回、２５６回、３８４回、１５３６回、３４５６回、又は６１４４回、それぞれ少なくとも１つの電圧パルスで処理することが可能である。
【００２７】
互いに大きく離間させた反応空間を連続して処理すると、特に有利である。これは、このようにすることで、電圧パルスによって生じる発熱による悪影響をよりよく分散できるからである。
【００２８】
さらに、電荷蓄積ユニットの放電が、少なくとも２つの反応空間が異なる電圧の電圧パルスで連続して処理され、第１の反応空間の処理後に各電荷蓄積ユニットに残っている電圧がその後に放出される電圧パルスの電圧に可能な限り近くなるように制御されると、特に有利である。理想的には、各電荷蓄積ユニットに残っている電圧は、その後に放出される電圧パルスの電圧と比べてやや小さいか、やや大きいか、又はほぼ等しい電圧であるべきである。言い換えれば、好ましくはいわゆる「充電ストローク」の最小化が図られるべきである。すなわち、次の電圧パルスに対して１つの反応空間がそれぞれ選択され、その反応空間に、後続の電圧の方がやや高いにせよやや低いにせよそれとは無関係に、電荷蓄積ユニットに残っている電圧に最も近い電圧振幅が印加されるべきである。重要な点は、２つの電圧パルス間で必要な充電動作又は放電動作が最小限に抑えられるべきであるということである。好ましくは、本実施の形態では、パルシングは昇順に行なわれるべきである。すなわち、最初の電圧パルスの電圧の方が後続の電圧パルスの電圧よりも低い電圧であるべきである。このようにして電圧パルス間の放電動作を回避することができる。電圧パルスを順に処理することによって、プロセス時間を有利な方法でさらに短縮することができる。
【００２９】
本発明は、電荷を蓄積するための少なくとも１つの電荷蓄積ユニットを放電することによって少なくとも２つの反応空間にそれぞれ少なくとも１つの電圧パルスを印加するための方法であって、前記電荷蓄積ユニットの放電が、異なる電圧の電圧パルスが少なくとも２つの反応空間に連続して印加され、第１の反応空間の処理後に電荷蓄積ユニットに残っている電圧がその次に放出される電圧パルスの電圧に可能な限り近くなるように制御される方法にも関する。本発明によって提案されるように電圧パルスを順に処理することにより、プロセス時間を有利な方法で著しく削減することができる。これは、２つの電圧パルス間で充電動作もしくは放電動作のための時間が必要とされないから、又はこの時間が少なくとも著しく削減されるからである。各電荷蓄積ユニットに残っている電圧は、その後に放出される電圧パルスの電圧と比べてやや小さいか、やや大きいか、又はほぼ等しいのが好ましい。つまり、好ましくはいわゆる「充電ストローク」の最小化が図られるべきである。すなわち、次の電圧パルスに対して１つの反応空間がそれぞれ選択され、その反応空間に、後続の電圧の方がやや高いにせよやや低いにせよそれとは無関係に、電荷蓄積ユニットに残っている電圧に最も近い電圧振幅が印加されるべきである。重要な点は、２つの電圧パルス間で必要な充電動作又は放電動作が最小限に抑えられるべきであるということである。本発明の有利な発展形態において、パルシングは昇順に行われるべきである。すなわち、最初の電圧パルスの電圧の方が後続の電圧パルスの電圧よりも低い電圧であるべきである。このようにして電圧パルス間の放電動作を回避することができる。
【００３０】
電荷蓄積ユニット、例えば、給電コンデンサバンクは、パルシングの際にエネルギーを放出するので、電荷蓄積ユニットにおける電圧が低減する。従って、次の反応空間に関して、電荷蓄積ユニットを次の反応空間に必要な電圧に合うように充電しなければならない。接触部内の電圧パルスが例えば初期電圧の低下に応じて蓄積されると、充電ストローク及び放電ストロークを最小化することができ、ひいては効率を高めることができる。
【００３１】
さらに、接触部内で反応空間が処理される順序は、温度に敏感な実験に対しては、直前にパルス印加された反応空間の隣の反応空間の温度上昇をこの反応空間を電圧パルスで処理する前に可能な限り迅速に収まらせるために容器内の隣接する反応空間が互いに可能な限り長い時間間隔でパルス印加されるように選択することができる。
【００３２】
さらに、本発明の目的は、電荷蓄積ユニットのうちの少なくとも２つが共通の蓄積モジュールを形成し、当該共通の蓄積モジュールがいつでも放電可能であり、これにより、これらの電荷蓄積ユニットが中間の時間のかかる充電動作又は放電動作を実施する必要なく第１の充電動作後に要求に応じて常に放電できるユニットを形成している装置によって達成される。
【００３３】
前記少なくとも２つの電荷蓄積ユニットは、共通のインターフェースを介してパルス発生ユニット、切換ユニット、及び／又は、電圧パルスの分配装置に電気的に結合されているのが好ましい。
【００３４】
本発明において「電気的に結合される」とは、電気的切換構成の２つの構成要素又は素子が互いに直接に、つまり両者間で切り換えられる素子なしに電気的に結合されること、又は、間接に、つまり両構成要素間で切り換えられる素子があって、電気的に結合されることを意味する。
【００３５】
さらに、さらなるインターフェースを介してパルス発生ユニット、切換ユニット、及び／又は、電圧パルスの分配装置と電気的に結合されるのが好ましい少なくとも１つのさらなる電荷蓄積ユニットを設けてもよい。このようにして、少なくとも２つの反応空間を同時に処理すること、又は、少なくとも１つの反応空間に印加するためのデュアルパルスを発生させることが可能である。
【００３６】
これらの場合、前記少なくとも１つのさらなる電荷蓄積ユニットが電源ユニットと電気的に結合されること、及び、少なくとも２つの電荷蓄積ユニットが共通の電源ユニットと電気的に結合されることが考えられる。この実施の形態は、比較的高い電圧振幅を有する短い電圧パルスと、より低い電圧振幅を有するより長い電圧パルスとからなる電圧パルスを発生させなければならない場合に特に有利である。この場合、電荷蓄積ユニットが短い電圧パルスをさせることができる一方、２つの電荷蓄積ユニットからなる蓄積モジュールがより長い電圧パルスを提供する。従って、本発明に係る装置を用いれば、蓄積モジュールの２つの電荷蓄積ユニットのうちの一方が常に放電可能であり、その一方で、他方の電荷蓄積ユニットが充電されるので、短時間に非常に多くの反応空間を電圧パルスで処理することができる。個々の電荷蓄積ユニットの充電は時間を制約する要因とはならない。これは、蓄積モジュールのより長く続く放電動作の間に、この電荷蓄積ユニットを充電することができるからである。電源ユニット（パワーパック）が十分に強力ではなく十分に高速ではないかもしれない場合であっても、本発明に係る方法により、充電動作に必要な時間を最小限に抑えることができる。
【００３７】
本発明に係る装置の特に有利な実施の形態においては、合計で少なくとも２つの蓄積モジュールを形成する４つもの電荷蓄積ユニットが設けられ得る。
【００３８】
蓄積モジュールが単一の又は共通のインターフェースを介してパルス発生ユニット、切換ユニット、及び／又は、電圧パルスの分配装置と電気的に結合されていると、特に有利である。例えば、４つの電荷蓄積ユニットが合計で２つのそれぞれにいつでも放電可能な蓄積モジュールを形成し得るため、本発明に係る装置により、常に２つの反応空間を同時にそれぞれ１つの電圧パルスで処理し得る。２つの連続した電圧パルス間で単一のコンデンサを充電するための時間を必要としないため、本発明に係る装置を用いて、比較的短時間に非常に多くの反応空間を電圧パルスで処理することができる。従って、本発明に係る装置は、短時間に非常に多くの反応空間をそれぞれ少なくとも１つの電圧パルスで処理しなければならないハイスループットプロセスにおける使用に特に適している。
【００３９】
本発明によれば、少なくとも２つの電源ユニットが設けられ得、各電源ユニットはそれぞれ１つの蓄積モジュールと電気的に結合される。
【００４０】
しかし、本発明によれば、少なくとも４つの電源ユニットと少なくとも６つの電荷蓄積ユニットを設けてもよい。本発明に係る装置のこの実施の形態は、特に、短時間に多くの反応空間をデュアル電圧パルスで処理しなければならないハイスループットプロセスにおいて非常に有利に用いることができ、有利である。本発明に係る装置を用いれば、常に２つの反応空間を同時に電圧パルスで処理し得る。このため、例えば、２つの電荷蓄積ユニットが比較的高い電圧振幅を有する短い電圧パルスを同時に放出し得、その電圧パルスは次いで中断なく、より低い電圧振幅を有するより長い電圧パルスに変化する。長い方の電圧パルスは２つの蓄積モジュールによって提供され得、これにより、常に蓄積モジュールの２つの電荷蓄積ユニットのうちの一方が放電される。
【００４１】
電荷蓄積ユニットは、少なくとも４つのインターフェースを介して、パルス発生ユニット、切換ユニット、及び／又は、分配装置と電気的に結合され得る。
【００４２】
電荷蓄積ユニットのうちの少なくとも２つがそれぞれ１つの電源ユニットと電気的に結合され得、少なくとも２つの電荷蓄積ユニットをそれぞれが備える少なくとも２つの蓄積モジュールが設けられ得、これにより、蓄積モジュールのうちの少なくとも２つがそれぞれ共通の電源ユニットと電気的に結合される。
【００４３】
本発明に係る装置の特に有利な実施の形態においては、少なくとも１つの電荷蓄積ユニットが、好ましくは切換ユニットを介して電圧パルスの分配装置と電気的に結合されるのが好ましいパルス発生ユニットと電気的に結合されることが考えられる。
【００４４】
本発明の有利な実施の形態においては、電荷蓄積ユニットのうちの少なくとも１つの容量が少なくとも１０μＦ、好ましくは少なくとも５０μＦ、特に少なくとも１００μＦであることが考えられる。
【００４５】
あるいは、電荷蓄積ユニットのうちの少なくとも１つの容量が少なくとも１００μＦ、好ましくは少なくとも５００μＦ、特に少なくとも１０００μＦであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明に係る方法の第１の特に有利な実施の形態における時間の経過を模式的に示す。
【図２】図２は、本発明に係る方法のさらなる実施の形態における時間の経過を模式的に示す。
【図３】図３は、基本的には図２に係る方法に対応する、本発明に係る方法の特別な実施の形態における時間の経過を模式的に示す。
【図４】図４は、本発明に係る方法の特に有利な実施の形態における時間の経過を模式的に示す。
【図５】図５は、本発明に係る方法のさらなる実施の形態における時間の経過を模式的に示す。
【図６】図６は、基本的に図５の実施の形態に対応する、本発明に係る方法の特別な実施の形態における時間の経過を模式的に示す。
【図７】図７は、少なくとも１つの反応空間を電圧パルスで処理するための本発明に係る装置の構成を模式的に示す。
【図８】図８は、本発明に係る装置のさらなる実施の形態の構成を模式的に示す。
【図９】図９は、本発明に係る装置のさらなる実施の形態の構成を模式的に示す。
【図１０】図１０は、本発明に係る装置のさらなる実施の形態を模式的に示す。
【図１１】図１１は、原則的に図１０の装置に構成が対応する、本発明に係る装置のさらなる特別な実施の形態を示す。
【図１２】図１２は、基本的には図１０の本発明に係る装置に対応する、本発明に係る装置の特別な実施の形態の構成を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
ここで、図面を参照しながら、本発明について詳細に例示的に説明する。
【００４８】
図１〜図６はそれぞれ、本発明に係る方法の特に有利な実施の形態における時間の経過を模式的に示す（Ｒ＝反応空間）。
【００４９】
図７〜図１２はそれぞれ、本発明に係る装置の特に有利な実施の形態の構成を模式的に示す。
【００５０】
図１は、本発明に係る方法の第１の特に有利な実施の形態における時間の経過を模式的に示す。本実施の形態は、少なくとも１つの電圧パルスを少なくとも１つの反応空間に印加するのに特に適している。処理開始時に、ＣＨＶ２Ａ２と示した電荷蓄積ユニットがまず充電される。次いで、この電荷蓄積ユニットが放電され、その結果、少なくとも１つの電圧パルスが第１の反応空間Ｒ１に印加される。第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２が少なくとも部分的に放電されるのと並行して、第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１が充電又は部分的に放電される。「部分的に放電される」とは、電荷蓄積ユニットが次のつまり後続の電圧パルスを放出する準備ができた状態にされること、すなわち、電荷蓄積ユニットにおける電圧レベルが次の電圧パルスに必要な電圧に合わせられることを意味する。これは、電荷蓄積ユニットを次の電圧パルスに必要な電圧まで充電するか又は次の電圧パルスのために指定された電圧まで部分的に放電することによって達成され得る。２番目の場合、電荷蓄積ユニットにおける電圧レベルは、放電装置によって、例えば電気負荷を介して、好ましくは放電抵抗によって部分的に放電されるという点で、次の反応空間のための新たなより低い電圧レベルに合わせられる。その結果、第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２が放電されると直ちに第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１を次の放電動作に利用可能である。従って、第１の放電動作の直後に休止期間なしで次の放電動作を開始することができるので、２つの電圧パルス間で電荷蓄積ユニットを充電又は部分的に放電するための時間が必要とされることもなく無駄にされることもない。従って、第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２が少なくとも部分的に放電された直後に、本実施の形態においては、第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１の放電が中断なく直ちに行われる。この放電動作により、本実施の形態においては、さらなる反応空間Ｒ２が電圧パルスで処理される。あるいは、第１の反応空間Ｒ１がさらなる電圧パルスで処理されることもあり得る。第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１の放電と同時に第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２が再充電又は部分的に放電されるため、本発明に係る方法は中断なくさらに継続され得、その結果、同じ又はさらなる反応空間を電圧パルスで処理することができる。電荷蓄積ユニットの放電と充電又は部分的放電とを同時に行うことにより、常に１つの電荷蓄積ユニットを電圧パルスの発生に利用可能であるので、個々の電圧パルスを次々とすぐに放出することができる。従って、複数の電圧パルスを次々に放出しなければならない場合には、１つの反応空間をいくつかの電圧パルスで処理しなければならない場合であろうといくつかの反応空間をそれぞれ１つの電圧パルスで処理しなければならない場合であろうと、本発明に係る方法を用いることによって合計プロセス時間を著しく削減することができる。従って、本発明に係る方法は、流通型（throughflow）又はハイスループットプロセスにおける電気穿孔法、電気融合法、又は同様の方法に特に適している。本明細書において電荷蓄積ユニットの「同時の」充電又は放電とは、充電動作及び放電動作が、少なくとも部分的に時間的に一致して���行することを意味する。従って、充電動作及び放電動作は、並行して進行することも可能であり、時間を互いにずらすことも可能である。「時間を互いにずらす」とは、ある動作が依然として又は既に進行している一方で、他方の動作が既に終了しているか又はまだ開始されていないということを意味する。
【００５１】
図２は、本発明に係る方法のさらなる実施の形態における時間の経過を模式的に示す。本実施の形態は、特に、少なくとも２つの反応空間をそれぞれ少なくとも１つの電圧パルスで処理するのに適している。プロセス開始時に、ＣＨＶ２Ａ２及びＣＨＶ２Ｂ２と示した電荷蓄積ユニットがまず充電される。これらの第１の電荷蓄積ユニットは、次に少なくとも部分的に放電され、その結果、少なくとも２つの反応空間、ここではＲ１及びＲ２がそれぞれ１つの電圧パルスで処理される。第１の２つの電荷蓄積ユニットが放電されるのと同時に、２つの第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１及びＣＨＶ２Ｂ１が充電されている。本発明において「同時に」とは、充電動作又は放電動作が少なくとも部分的に同時間的に一致して（同調して）進行することを意味する。すなわち、両動作は時間的に一致して進行してもよく、時間を互いにずらしてもよく、後者の場合には、１つの動作が依然として又は既に進行している一方で、他方の動作は既に終了しているか又はまだ開始されていないことになる。これらの充電動作及び放電動作の完了後、先に充電された第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１及びＣＨＶ２Ｂ１が放電され、それと同時に、先に放電された第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２及びＣＨＶ２Ｂ２が再充電又は部分的に放電される。これにより、さらなる反応空間Ｒ３及びＲ４がそれぞれの電圧パルスで処理され得、その一方で、次の電圧パルスの準備が既に行われている。これらの工程は必要なだけ繰り返され得る。少なくとも２つの電荷蓄積ユニットの充電及び放電を同時に行うことにより、少なくとも２つの反応空間をそれぞれの電圧パルスで同時に処理することができ、これにより、電荷蓄積ユニットの再充電又は部分的な放電のために時間を無駄にすることなく、すぐに続けて次の２つの反応空間を電圧パルスで処理することができる。そして、このことは、複数の反応空間を電圧パルスで処理しなければならないときに特に有利である。これは、すべての反応空間を電圧パルスで処理するのにかかる合計時間がかなり短縮されるからである。
【００５２】
図３は、基本的には図２に係る方法に対応する、本発明に係る方法の特別な実施の形態における時間の経過を模式的に示す。図２に係る方法との違いは、図３に係る本実施の形態においては同じ反応空間Ｒ１及びＲ２がいくつかの電圧パルスで処理される点にある。図２の実施の形態では反応空間Ｒ１及びＲ２の後にさらなる反応空間Ｒ３及びＲ４が電気的に処理されるが、図３の実施の形態では、反応空間Ｒ１及びＲ２のみが、互いに続くいくつかの電圧パルスで処理されることが示されている。当然ながら、いくつかの反応空間をそれぞれいくつかの電圧パルスで次々に処理することができるように図２及び図３の実施の形態を組み合わせることも可能である。
【００５３】
図４は、本発明に係る方法の特に有利な実施の形態における時間の経過を模式的に示す。本発明に係る方法の本実施の形態は、少なくとも１つの反応空間を少なくとも２つの電圧パルスで処理するのに特に適している。プロセス開始時に、ＣＨＶ１Ａと示した電荷蓄積ユニットがまず充電される。この電荷蓄積ユニットは、次いで少なくとも部分的に放電され、これにより、第１の反応空間Ｒ１が１つの電圧パルスで処理される。電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａの充電動作又は放電動作中のある時点で、第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２が充電される。この電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２は、第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａの放電後直ちに少なくとも部分的に放電され、これにより、これと共に、反応空間Ｒ１も対応する電圧パルスで処理される。このため、反応空間Ｒ１は、互いに続く２つの電圧パルスで連続して処理され、これにより、これら２つの電圧パルスは、好ましくは中断なく、互いに直接に移行する（merge into）。本発明の好適な実施の形態においては、第１の電圧パルスは、比較的高い電圧振幅を有する短いパルスであり得、第２の電圧パルスは、より低い電圧振幅を有するより長いパルスであり得る。あるいは、中断のあるデュアルパルスが発生するように、２つの電圧パルスをいくぶん短い休止期間をはさんで連続して放出してもよい。第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２の放電と同時に、さらなる第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１が充電される。第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２を放電する間、第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａ及びさらなる第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１が充電される。結果として、第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２の放電完了後直ちに、２つの電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａ及びＣＨＶ２Ａ１を次の放電に再び利用可能である。従って、その後直ちに、休止期間をはさまずに、次の反応空間Ｒ２をデュアル電圧パルスで処理することができる。このことは、まず第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａを少なくとも部分的に放電し、その直後に中断なしでさらなる第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１を少なくとも部分的に放電することによって起こる。あるいは、第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａとさらなる第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１とを新たに少なくとも部分的に放電することによって同じ反応空間Ｒ１をさらなる電圧パルスで処理することができる。さらなる第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１を少なくとも部分的に放電するのと同時に、第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａ及び第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２を再充電又は部分的に放電し、次のデュアル電圧パルスを遅延なく放出させる。上記の充電動作及び放電動作が必要なだけ繰り返され得、これにより、比較的短時間に非常に多くの電圧パルスを放出させることが可能になる。多くの反応空間を電気的に処理する場合であっても、個々の電圧パルスの間又は連続した反応空間の処理の間で電荷蓄積ユニットの充電又は部分的な放電のために時間が無駄にされることがないため、プロセス時間が最小限に抑えられる。
【００５４】
図５は、本発明に係る方法のさらなる実施の形態における時間の経過を模式的に示す。本実施の形態は、特に、少なくとも２つの反応空間をそれぞれ少なくとも２つの電圧パルスで同時に処理するのに適している。プロセス開始時に、まず少なくとも４つの電荷蓄積ユニットが同時に又は連続して充電される。これら４つの電荷蓄積ユニットを本実施の形態ではＣＨＶ１Ａ、ＣＨＶ２Ａ２、ＣＨＶ１Ｂ、及びＣＨＶ２Ｂ２とする。充電動作完了後、まず２つの第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａ及びＣＨＶ１Ｂが少なくとも部分的に放電され、これにより、少なくとも２つの第１の反応空間、ここではＲ１及びＲ２がそれぞれ１つの電圧パルスで処理される。これら２つの反応空間は、短い休止時間後に又は中断なしに、さらなる電圧パルスでそれぞれ処理され、これらの電圧パルスは、第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２及びＣＨＶ２Ｂ２を少なくとも部分的に放電することによって発生させたものである。これらの第２の電荷蓄積ユニットの放電と同時に、ここではＣＨＶ２Ａ１及びＣＨＶ２Ｂ１と示した少なくとも２つのさらなる第２の電荷蓄積ユニット、並びに、２つの第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａ及びＣＨＶ１Ｂが充電又は部分的に放電される。次に２つの第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａ及びＣＨＶ１Ｂを少なくとも部分的に放電することにより、同じ反応空間（Ｒ１及びＲ２）又は、ここで図示するように、２つのさらなる反応空間Ｒ３及びＲ４をそれぞれ１つの電圧パルスで処理することができる。次に（中断の有無に関わらず）、２つの先に充電した第２の電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ１及びＣＨＶ２Ｂ１が再び放電され、一方で、これと時間的に並行して、２つの先に放電した電荷蓄積ユニットＣＨＶ２Ａ２及びＣＨＶ２Ｂ２が再充電又は部分的に放電される。上記の充電動作及び放電動作はその後必要なだけ繰り返され得、これにより、比較的短時間に非常に多くの電圧パルスを放出させことが可能になる。このようにして、複数の反応空間を比較的短時間に電圧パルス、特にデュアルパルスで処理することができる。
【００５５】
図６は、基本的に図５の実施の形態に対応する、本発明に係る方法の特別な実施の形態における時間の経過を模式的に示す。図５に示す本発明に係る方法との違いは、ここではデュアル電圧パルスのそれぞれの第１の電圧パルスを、同時に（時間的に一致して）ではなく、連続的に発生させることである。つまり、第１の電荷蓄積ユニットＣＨＶ１Ａ及びＣＨＶ１Ｂの放電がそれぞれ連続して起こり、反応空間Ｒ１及びＲ２又はＲ３及びＲ４を同時にではなく交互に第１の電圧パルスで処理することを可能にする。その結果、１つのデュアル電圧パルスのうちの第２の電圧パルスも、並行してではなく、少しずらされて重複するように放出される。従って、この特別な実施の形態では、図５の実施の形態とは対照的に、少なくとも２つの反応空間が、同時にではなく、連続して又は時間を少しずらして処理される。この構成により、ある一定の状況下では合計プロセス時間が長引くかもしれないが、本実施の形態は、電圧パルスからの望ましくない副次的な悪影響を回避しなければならない場合に有利であり得る。このような望ましくない副次的な悪影響とは、例えば、過度の発熱であり得る。
【００５６】
図７は、少なくとも１つの反応空間を電圧パルスで処理するための本発明に係る装置の構成を模式的に示す。本発明に係る装置１は、基本的にモジュール構造のものであり、少なくとも１つの電源モジュール２と、１つのパルス分配モジュール３と、１つの制御モジュール４とを備える。制御モジュール４は、マイクロプロセッサを含む制御ユニットを備え、例えば、従来のパーソナルコンピュータ、好ましくはラップトップコンピュータであり得る。パルス分配モジュール３は、容器制御ユニット５を備え、このユニットは、１つ又は複数の反応空間を含む容器のための制御装置を備える。パルス分配モジュール３は、中央制御ユニット６（主制御装置）をさらに備え、このユニットは、個々の電圧パルスの１つ又は複数の反応空間への分配を制御する。パルス分配モジュール３は、パルス発生ユニット７及び切換ユニット８も有する。パルス発生ユニット７は、アナログ素子及びデジタル素子を含む混合切換回路のような、連続した電圧パルスの遷移を可能にするか又は制御する素子を備える。切換ユニット８は、電圧パルス用の測定回路と、電荷蓄積ユニットを放電するためのスイッチ（例えば、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ）とを備える。切換ユニット８は、電圧パルスの分配装置９と結合される。分配装置９は、電圧パルスを分配するための切換装置（例えば、継電器）と、反応空間を含む１つ又は複数の容器の移動及び位置決めを行うための機械装置とを備える。
【００５７】
図７に示す本発明に係る装置の実施の形態における電源モジュール２は、基本的に、２つの電荷蓄積ユニット１０、１１を備え、これらのユニットは、共通の電源ユニット１２から充電することができる。電源ユニット１２は、電源制御装置１５によって制御される。さらに、ここでは図示しない少なくとも１つの放電装置が設けられ、この装置を介して電荷蓄積ユニット１０、１１を部分的に放電することができる。放電装置は、例えば、放電抵抗であってもよい。本実施の形態において、電源モジュール２は、装置１全体における電圧供給を確保する中央主電源ユニット１３をさらに備える。２つの電荷蓄積ユニット１０、１１は、共通のインターフェース１４を介してパルス分配ユニット３に接続された蓄積モジュールを形成する。これにより、蓄積モジュールすなわち電荷蓄積ユニット１０及び１１が、本実施の形態においては、パルス発生ユニット７と切換ユニット８とを介して分配装置９と電気的に結合される。２つの電荷蓄積ユニット１０、１１が蓄積モジュールを形成し、その中で常に２つの電荷蓄積ユニット１０、１１のうちの一方が電源ユニット１２によって充電され、他方の電荷蓄積ユニット１０、１１が充電又は部分的に放電可能であることにより、蓄積モジュールは、電圧パルスを準備ができた状態に保持するためにいつでも完全に利用可能である。この種の構成により、比較的短時間に非常に多くの電圧パルスを放出させることが可能になる。これは、単一の電荷蓄積装置（charge store）と比較して、電荷蓄積装置を再充電又は部分的に放電するのに時間が無駄にされることがないからである。電荷蓄積ユニット１０、１１は、個々のコンデンサ、又は並列及び／もしくは直列で切り換えられるいくつかのコンデンサからそれぞれがなるすべてのコンデンサバンク（whole banks of capacitors）であり得る。
【００５８】
高電圧、特に１０００Ｖを超える電圧の発生は、電子機器側に一定の費用がかかることに関連している。これは、電子機器の高い絶縁耐力を確保するために、特に優れた耐電圧性の素子を用いなければならず、基板上の通電しているプリント高圧線間に一定の距離を固守しなければならないからである。第二に、電気穿孔法において必要とされる高電圧のための十分な電荷ひいてはエネルギー量を提供することが可能な高電圧パワーパックの製造は、非常に煩雑であり費用がかかる。しかし、他方では、このような高電圧（特に＞１０００Ｖ）を発生させることは、効率的な電気穿孔にとって、又は電気穿孔装置の特別な構造（例えば、電極間の大きな距離）によって、有利又は必要でさえあり得る。従って、エネルギー蓄積装置（例えば、コンデンサ又はコンデンサ電池）の充電（及び放電）装置にかかるこれらのコストを最小限まで削減する必要性がある。パルス側（エネルギー蓄積装置による反応空間へのパルス放出）では高電圧を発生させるが、充電側（電流グリッドからエネルギーを取り出すパワーパックからエネルギー蓄積装置への充電）ではこれらの電圧を回避するために、いくつかの独立して相互接続可能なコンデンサ（又は他の蓄積ユニット）を、例えばそれらをある電圧Ｕまで充電するときに、それらのすべてをパワーパックによって並列に相互接続し、直列の相互接続と比べてｎ倍の充電電流ひいてはｎ倍の電荷量ｎ*Ｑを受け入れるように、用いることができる。充電動作完了時にこれらの充電ユニットが直列に相互接続されていると、電圧ｎ*ＵLade（ＵLade＝充電電圧）が得られ、この電圧を反応空間へのパルス放電の際に利用することができる。充電側の電子機器及び個々のコンデンサ自体は比較的低い電圧ＵLade、例えば１０００Ｖ用に設計されているだけでよい。つまり、コスト、そしてまたスペースが著しく節約される（例えば、プリント回路基板上のプリント配線間の火花連絡（spark-over）に対する抵抗は、より大きい距離、又は、可能でありかつ合理的である場合には、追加の絶縁対策（insulation measures）ということになる）。ｎ*ＵLadeに対して相応に電圧安定でなければならないのは二次放電側だけである。
【００５９】
図８は、本発明に係る装置のさらなる実施の形態の構成を模式的に示す。装置２０は、少なくとも１つの反応空間を少なくとも２つの電圧パルスで処理するのに適している。装置２０は、モジュール構造と基本的な構成要素に関しては図７の装置１に対応する。このため、図８における同一の構成要素は、図７と同じ参照番号で示している。図８の本発明に係る装置２０は、さらなる電荷蓄積ユニット２１が設けられている点で図７の装置１と異なり、このユニットは、さらなるインターフェース２２を介して分配装置９と結合されている。電荷蓄積ユニット２１は、さらなる電源ユニット２３から供給を受け、１つ又は複数の反応空間を、互いに移行するデュアル電圧で、高速で連続して又は中断なしで処理することを可能にする。本実施の形態は、特に、比較的高い電圧振幅を有することが好ましい短い電圧パルスと、より低い電圧振幅を有することが好ましいより長い電圧パルスとからなる電圧パルスを発生させる場合に有利である。この場合、電荷蓄積ユニット２１が短い電圧パルスを発生させることができ、その一方で、電荷蓄積ユニット１０及び１１からなる蓄積モジュールがより長い電圧パルスを提供する。デュアル電圧パルスを形成するために個々の電圧パルスを組み合わせるつまり移行させることは、パルス発生ユニット７内で行われる。いくつかの反応空間を比較的短時間にこのようなデュアル電圧パルスで連続して処理しなければならない場合、例えば、ハイスループットプロセスにおいてマルチウェルプレートを用いるとき、長い方の電圧パルス用の単一のコンデンサを用いれば、コンデンサを放電した後にまず再充電することが必要なため、個々の反応空間の処理間隔が比較的長くなる。しかし、本発明に係る装置２０を用いれば、常に２つの電荷蓄積ユニット１０、１１のうちの一方を部分的に放電することができ、その一方で、他方の電荷蓄積ユニット１０、１１が充電又は放電され、これにより、非常に多くの反応空間を短時間に電圧パルスで処理することが可能になる。蓄積モジュールのより長く続く放電動作の間に電荷蓄積ユニット２１を充電又は部分的に放電することができるため、電荷蓄積ユニット２１の充電又は部分的な放電は時間を制約する要因とはならない。
【００６０】
図９は、本発明に係る装置のさらなる実施の形態の構成を模式的に示し、本実施の形態は、少なくとも２つの反応空間をそれぞれ１つの電圧パルスで処理する本発明に係る方法を実施するのに特に適している。本発明に係る装置３０も、そのモジュール構造及び基本的な構成要素に関しては図７の装置１に対応し、ここでもやはり、同一の構成要素をそれぞれ同じ参照番号で示している。発明に係る装置３０は、電源モジュール２が２つの追加の電荷蓄積ユニット３１、３２と追加の電源ユニット３３とを備える点で図７の装置１とは異なる。電荷蓄積ユニット３１、３２は、蓄積モジュールを形成し、このモジュールは、共通の電源ユニット３３から充電することができ、共通のインターフェース３４及びパルス発生ユニット７又は切換ユニット８を介して分配装置９と電気的に結合される。全部で電荷蓄積ユニット１０、１１、３１、３２がいつでもそれぞれ放電可能な２つの蓄積モジュールを形成するため、本発明に係る装置３０によって常に２つの反応空間を同時にそれぞれ電圧パルスで処理することができる。上記のように、２つの連続した電圧パルス間で単一のコンデンサを充電するための時間を必要としないため、本発明に係る装置３０によって比較的短時間に非常に多くの反応空間を電圧パルスで処理することができる。従って、本発明に係る装置３０は、特に、非常に多くの反応空間を短時間にそれぞれ１つの電圧パルスで処理しなければならないハイスループットプロセスにおける使用に適している。
【００６１】
図１０は、本発明に係る装置のさらなる実施の形態を模式的に示し、これは、原則的に、図８に示したような本発明に係る装置２０及び図９に示したような本発明に係る装置３０の構成要素からなる。従って、ここでもやはり、同一の構成要素は同じ参照番号で示している。本発明に係る装置４０は、電源モジュール２内にさらなる電荷蓄積ユニット４１を追加的に備え、この電荷蓄積ユニットは、独自の電源ユニット４２から充電することができ、独自のインターフェース４３を介して分配装置９と電気的に結合される。これにより、本発明に係る装置４０は、合計で４つのインターフェース１４、２２、３４、４３を介して分配装置９に結合された合計で６つの電荷蓄積ユニット１０、１１、２１、３１、３２、４１を電源モジュール２内に有する。それぞれ２つの電荷蓄積ユニット１０及び１１又は３１及び３２は合計で２つの蓄積モジュールを形成し、これらの蓄積モジュールは、上記のようにいつでも放電可能である。電荷蓄積ユニット１０、１１、２１、３１、３２、４１は、合計で４つの電源ユニット１２、２３、３３、４２を介して充電され、そのことにより、各蓄積モジュールがそれぞれ電源ユニット１２、３３に関連付けられる。あるいは、電荷蓄積ユニット１０、１１、２１、３１、３２、４１を電圧供給装置から、例えば電源ユニットのうちの１つ１２、２３、３３又は４２から直接に充電することが可能である。本発明に係る装置４０は、短時間に多くの反応空間をデュアル電圧パルスで処理しなければならないハイスループットプロセスにおいて特に有利に用いることができる。本発明に係る装置４０によって常に２つの反応空間を同時に電圧パルスで処理することができる。これにより、例えば、電荷蓄積ユニット２１及び４１それぞれが比較的高い電圧振幅を有する短い電圧パルスを放出することができ、電圧パルスはその後中断なしでより低い電圧振幅を有するより長い電圧パルスへと変化する。長い方の電圧パルスは２つの蓄積モジュールによって利用可能になり得、これにより、常に蓄積モジュールの２つの電荷蓄積ユニット１０、１１又は３１、３２のうちの一方を放電することができる。本実施の形態においては、デュアル電圧パルスはパルス発生ユニット７内で作られる。
【００６２】
図１１は、原則的に図１０の装置４０に構成が対応する、本発明に係る装置のさらなる特別な実施の形態を示す。図１１の本発明に係る装置５０は、電源モジュール２の構成要素が２倍になっている点で図１０の装置４０とは異なる。従って、本発明に係る装置５０を用いて、４つの反応空間を同時に電圧パルスで処理することができる。本発明に係る装置５０は、電荷蓄積ユニット５１及び５２又は５３及び５４によって形成される２つのさらなる蓄積モジュールを追加的に備え、これら２つのさらなる蓄積モジュールは、それぞれインターフェース５５又は５６を介して分配装置９と電気的に結合される。追加の蓄積モジュールのそれぞれが、独自の電源ユニット５７又は５８を介して充電される。４つの反応空間を同時に電圧パルスで処理できるようにするために、２つのさらなる電荷蓄積ユニット６０及び６３が設けられ、これらのユニットは、それぞれ別個のインターフェース６１又は６４を介して分配装置９と結合され、それぞれ独自の電源ユニット６２又は６５を介して充電可能である。従って、図１０の本発明に係る装置４０と比較すると、本発明に係る装置５０によって、同数の反応空間の処理時間を著しく削減することができるか又は処理対象の反応空間の数を著しく増加させることができる。当然ながら、電荷蓄積ユニット又は蓄積モジュールの数は、よりいっそう多くの反応空間を同時に電圧パルスで処理できるようにするために、さらに増加させることができる。
【００６３】
図１２は、基本的には図１０の本発明に係る装置４０に対応する、本発明に係る装置の特別な実施の形態の構成を模式的に示す。ここでもやはり、同一の構成要素を同じ参照番号で示してある。図１２の装置７０は、パルス発生ユニット７がここでは電源モジュール２の内部に配置されている点で、図１０の実施の形態とは異なる。このため、本実施の形態におけるパルス発生ユニット７は、パルス分配モジュール３の内部に切換ユニット８を備えたユニットとして配置されてはいない。従って、本実施の形態における電荷蓄積ユニット１０、１１、２１、３１、３２、４１はパルス発生ユニット７と直接結合されている。この利点は、反応空間を処理するデュアル電圧パルスを、電圧パルスが切換ユニット８を介して分配装置９へ送られる前に、電源モジュール２内で作っておくことができることである。パルス発生ユニット７の内部で、電荷蓄積ユニット２１又は４１によって利用可能になった第１の電圧パルスと、それぞれ電荷蓄積ユニット１０又は１１及び３１又は３２によって利用可能になった第２の電圧パルスとからデュアル電圧パルスを発生させる。完成したデュアル電圧パルスは、その後、インターフェース７１及び７２又は７３及び７４を介して切換ユニット８へ送られる。パルス発生ユニット７は、例えば、アナログ素子及びデジタル素子を含み第１及び第２の電圧パルスを組み合わせてデュアル電圧パルスを形成することができる混合切換回路を備え得る。本実施の形態において特に有利であるのは、装置ユニット間に配置される高圧ケーブルが削減されることである。これらのケーブル及び関連の接続技術は費用がかかるため、全体としての複雑性を低減することができ、特にハイスループットプロセスにおいて、信頼性を高めることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  装置
２  電源モジュール
３  パルス分配モジュール
４  制御モジュール
５  容器制御ユニット
６  制御ユニット（主制御装置）
７  パルス発生ユニット
８  切換ユニット
９  分配装置
１０  電荷蓄積ユニット
１１  電荷蓄積ユニット
１２  電源ユニット
１３  パワーパック
１４  インターフェース
１５  パワーパック制御装置
２０  装置
２１  電荷蓄積ユニット
２２  インターフェース
２３  電源ユニット
３０  装置
３１  電荷蓄積ユニット
３２  電荷蓄積ユニット
３３  電源ユニット
３４  インターフェース
４０  装置
４１  電荷蓄積ユニット
４２  電源ユニット
４３  インターフェース
５０  装置
５１  電荷蓄積ユニット
５２  電荷蓄積ユニット
５３  電荷蓄積ユニット
５４  電荷蓄積ユニット
５５  インターフェース
５６  インターフェース
５７  電源ユニット
５８  電源ユニット
６０  電荷蓄積ユニット
６１  インターフェース
６２  電源ユニット
６３  電荷蓄積ユニット
６４  インターフェース
６５  電源ユニット
７０  装置
７１  インターフェース
７２  インターフェース
７３  インターフェース
７４  インターフェース
【図１】
0005926560.tif 000002
【図２】
0005926560.tif 000003
【図３】
0005926560.tif 000004
【図４】
0005926560.tif 000005
【図５】
0005926560.tif 000006
【図６】
0005926560.tif 000007
【図７】
0005926560.tif 000008
【図８】
0005926560.tif 000009
【図９】
0005926560.tif 000010
【図１０】
0005926560.tif 000011
【図１１】
0005926560.tif 000012
【図１２】
0005926560.tif 000013