(57)【要約】【課題】  遠心分離の途中過程を表示することのできる遠心分離機を提供する。【解決手段】  遠心分離条件としてのパラメータの変更前と後についてシミュレーションを実行し、各々の結果を比較して遠心分離機の運転を制御する。試料の実測データを得るためには分析用アタッチメントを用い、シミュレーションの結果と比較し、パラメータの補正を行う。遠心分離の途中過程の表示のために、遠心分離運転中に現在のパラメータを用いてシミュレーションを実行し、その結果を表示装置上にグラフィック表示する。【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心分離シミュレーション機能を有し、前記遠心分離シミュレーションの結果を表示する表示装置を備えた遠心分離機において、
前記遠心分離機の遠心分離運転中に、遠心分離運転パラメータを前記遠心分離シミュレーションのパラメータの一部として取り込む手段を、
備えたことを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記遠心分離運転パラメータとして遠心分離運転の経過時間を用いる請求項１記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記表示装置が前記遠心分離運転パラメータ及び／又は前記遠心分離シミュレーションの結果を表示する部分及び前記表示する部分を駆動する部分を有する請求項１又は２記載の遠心分離機。
【請求項４】
前記取り込むべき遠心分離運転パラメータとして、あらかじめ設定された運転プログラムにより指定される現在の遠心分離運転パラメータ及び／又は操作パネルより入力された遠心分離運転パラメータを用いる請求項１乃至３記載の遠心分離機。
【請求項５】
遠心分離運転パラメータの取り込みを一定時間間隔で行う手段を更に有する請求項１乃至４記載の遠心分離機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心分離機及びその制御方法に関し、特に遠心分離運転シミュレーションを行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離において試料を分離する際の遠心分離条件の決定は、同等の試料を分離している文献に記載の条件をそのまま用いるか、試行錯誤によって最適な条件を見つけだす方法が一般的である。
【０００３】
遠心分離法には大きく分けて「分画遠心法」「密度勾配沈降速度法」「密度勾配沈降平衡法」がある。この内、「分画遠心法」は試料を沈殿物として回収する方法であり、「密度勾配沈降平衡法」は密度勾配中の試料粒子と同じ密度を持った部分に試料を濃縮する方法である。これらの手法を用いて遠心分離を行った場合には、過剰な遠心時間によって分離結果が悪くなることはない。これに対して「密度勾配沈降速度法」は密度勾配液上に重層した雑多な試料粒子の混合物をそれぞれの沈降速度の違いによって分離する方法であり、遠心時間が過剰の場合にはすべての試料が沈殿してしまい分離ができなくなるため、遠心時間の決定には細心の注意を要する。
【０００４】
文献と同一の装置を持っていない場合や、未知の新しい試料を分離する場合には、予備実験として何度か目的とする物質の分離を種々の条件で試みることにより、試行錯誤によって最適な条件を見つけださざるを得なかった。またそのような試行錯誤の結果、遠心分離条件を決定しても、従来使用していた装置が使用できなくなった場合や、さらに能率の高い装置に変更した場合等の際には分離条件の変更を余儀なくされ、再び試行錯誤によって新しい条件を見つけださざるを得なかった。このような試行錯誤的な予備実験には非常に多くの時間を要したばかりでなく、高価な試薬を度々使用しなくてはならないための金銭的な負担や、貴重な生物試料の浪費を伴う場合が多かった。
【０００５】
近年では、このような試行錯誤的な予備実験を行わないでも遠心分離条件を決定することができるように、遠心条件と分離する試料及び試料の懸濁されている溶液の性状から試料の分離状態を推定しグラフィックによって表示するような、遠心分離シミュレーションについての試みがなされてきている。例えば、アイルランド（Ｒ． Ｉｒｅｌａｎｄ）とロング（Ｓ．Ｐ． Ｌｏｎｇ）が編集した「マイクロコンピューターズ・イン・バイオロジ（Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｙ）」や、リックウッド（Ｄ． Ｒｉｃｋｗｏｏｄ）の編集した「プレパラティブ・セントリフューゲーション（Ｐｒｅｐａｒａｔｉｖｅ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｔｉｏｎ）」（以上ＩＲＬ Ｐｒｅｅ社出版）等には、密度勾配沈降速度法といわれる分離方法のシミュレーションのプログラムが紹介されている。また、沈降平衡法といわれる分離方法のシミュレーション方法については、本出願人により特許出願され、既に公開されている（特開平６−７９１９８号公報）。これらのシミュレーション機能の登場によって、従来のような試行錯誤的な予備実験の頻度の大幅な減少が期待される。これらのシミュレーション機能は、分離する試料及び溶液の種々の性状を計算パラメータとして使用するものである。
【０００６】
従来、遠心条件を変更する場合には、積算の遠心力を示す物理的なファクタであるω×ω×ｔ（ωは角加速度、ｔは時間を示す）が変更前の条件と同じになるように条件を変更する方法があった。しかしこの方法では、回転半径や沈降距離を考慮せず、回転体であるロータの回転数と運転時間のみが影響するため、回転半径や沈降距離の異なるロータを使用した場合以外は、分離結果に大きな差を生じた。また、遠心力と時間の積が変更前の条件と同じになるように条件を変更する方法も広く用いられていたが、この方法の場合には、試料の沈降距離を考慮していないため、前の方法と同様に、ロータを変更した場合には分離結果に差を生じた。別の方法としては、回転体であるロータの能力を示すファクタであるＫファクタを用いる方法がある。このＫファクタは遠心分離の分野で広く一般に用いられており、前出の「プレパラティブ・セントリフューゲーション」等多くの文献にその詳細が記載されている。Ｋファクタは数１によって求められる値で、ロータ中の試料懸濁液の最大回転半径、最小回転半径及びロータの回転数から計算されるため、前記２つの方法のように、ロータのサイズによる誤差は生じない。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
また、遠心分離シミュレーションの結果を一目で使用者に知らしめるためにグラフィック表示を行う表示装置があり、運転条件等のパラメータとともにシミュレーションの結果を表示して利便を図っている。従来の技術を示す文献として下記の特許文献１及び特許文献２がある。
【特許文献１】特開平６−５５１０１号公報
【特許文献２】特開平６−７９１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のＫファクタの実用的な意味は、試料粒子がその懸濁液の液面から、遠心管の底まで沈降する時間を計算した値になっている。そのため、試料を遠心管底に沈殿させる遠心分離法である分画遠心法では正確な値が計算できるが、遠心管の中間に分離層を形成させる遠心分離法の一手法である密度勾配沈降速度法に用いた場合には誤差が大きくなるという欠点があった。
【００１０】
また、従来の遠心分離機では、前出のω×ω×ｔを設定することによって、設定したω×ω×ｔの値に到達したら運転を停止するものはあったが、それ以外に、遠心条件の変更に有用な運転制御機構はなかった。
【００１１】
また、溶液の物理的性状については、溶液が決定されればほぼ一義的に決まるが、試料の性状は、その懸濁されている溶液や試料自身の濃度等、おかれている環境によって変化し、その個々の場合の全ての計算パラメータをあらかじめ用意することは不可能である。その結果、正確なパラメータを用いてシミュレーションを行えるのは幾つかの代表的な場合に限られ、それ以外では計算パラメータとして比較的近いと予想される代表値を採用せざるを得ないため、近似的なシミュレーションしか行えなかった。いわんや、その性状が不明である未知の試料の分離シミュレーションにおいては、選択した代表値が適切なものであるかどうかさえ不明な場合が多く、さらに精度の低いシミュレーションしか行えなかった。
【００１２】
従来の遠心分離機においては、遠心分離条件を設定して所定の時間の運転を行うが、その途中の状態を知ることはできず、運転条件で設定した一定の時間が経過した後でなければ遠心分離状態を知ることはできなかった。また、分析用の超遠心分離機のように途中状態をモニタできる遠心分離機もあったが、それらの装置はサンプルの分取には不適で、これらの目的に合致するものではなかった。
【００１３】
また、遠心分離に関するシミュレーションプログラムも開発されているが、それと実際の遠心分離機との連携は必ずしも十分とれておらず、現在の状態を的確に知ることはできなかった。最初に設定した条件のままで最後まで遠心分離運転を行う場合には、事前にシミュレーションプログラムを実行しておき、その結果から途中の状態を推定することはできるが、途中で運転条件を変えるような場合には、それに対応した分離状態は知ることができないという欠点があった。
【００１４】
したがって本発明は遠心分離の途中過程を表示装置に表示することのできる遠心分離機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明では、遠心分離シミュレーション機能を有し、シミュレーションの結果を表示する表示装置を備えた遠心分離機において、遠心分離機の遠心分離運転中に遠心分離運転パラメータをシミュレーションのパラメータの一部として取り込むようにしている。
【００１６】
すなわち本発明によれば、遠心分離シミュレーション機能を有し、前記遠心分離シミュレーションの結果を表示する表示装置を備えた遠心分離機において、
前記遠心分離機の遠心分離運転中に、遠心分離運転パラメータを前記遠心分離シミュレーションのパラメータの一部として取り込む手段を、
備えたことを特徴とする遠心分離機が提供される。
【００１７】
本発明は上記構成なので、請求項１に係る遠心分離機によれば、遠心分離操作中でも、遠心分離の現在のおおよその様子をグラフィック表示や数値表示を介して把握することができるので、例えば、遠心分離シミュレーション結果で、ある程度の遠心分離状態が得られたことを知って、それ以降の分離運転の条件をその時点で考えられる、より好ましい条件に変更すること等ができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の遠心分離機によれば、遠心分離操作中でも、遠心分離の現在のおおよその様子をグラフィック表示や数値表示を介して把握することができるので、例えば、遠心分離シミュレーション結果で、ある程度の遠心分離状態が得られたことを知って、それ以降の分離運転の条件をその時点で考えられる、より好ましい条件に変更すること等ができる。このように、必要以上長い時間遠心分離機を運転したりするような無駄を省き、有効に遠心分離を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図面とともに本発明の好ましい実施例について説明する。本発明は、主として遠心分離機に関するが、関連する遠心分離機制御装置及び方法及び遠心分離シミュレーション方法と併せて説明する。
［１］遠心分離機制御装置及び方法の実施例
図１は本発明の遠心分離機制御装置及び方法の好ましい実施例を説明するための遠心分離機の斜視図である。図１に示す遠心分離機の本体１は運転パラメータを表示するための表示装置２と、遠心分離パラメータ等を入力するための操作パネル３を有している。分離すべき試料は一般に、遠心管と呼ばれる試験管中に入れられた後、遠心分離機１内に設置されたロータ４内に配置され、ロータ４を図示しないモータにより回転させることにより遠心分離が行われる。一般に、表示装置２にはユーザが設定した遠心分離パラメータ、及び／又は現在の運転状態パラメータが表示される。これらのパラメータには、回転数５、温度６、運転時間７等があり、表示装置２の一部にそれぞれ表示される。また、本発明の性質上、遠心分離パラメータには、分離に使用するロータ４の種類とその寸法が含まれる。
【００２０】
本発明では、あらかじめ確立された遠心分離法の遠心分離パラメータを、変更前の遠心分離パラメータとし、操作パネル３を用いて入力し、遠心分離機本体１に内蔵されているシミュレーション機能を用いてシミュレーションを実行する。変更前のシミュレーションの結果の例を図２に示す。このシミュレーションの結果、溶液で満たされた遠心管８中に形成される、目的とする試料の分離層９の位置が得られる。このとき、液上端面（図中左側）から遠心管底（図中右側）までの距離すなわち全沈降距離Ａ及び、液上端面から試料の分離層９までの距離すなわち試料の沈降距離Ｂを求めておく。
【００２１】
次に、変更後の遠心分離パラメータを、操作パネル２を用いて入力し、遠心分離機１の運転を開始する。この運転中に適当な一定の時間間隔で、現在の運転パラメータを用いて、前記シミュレーションプログラムを実行する。一実施例としては、運転時間が数時間から十数時間に及ぶ場合には、１０分間隔のシミュレーションで十分実用的な結果が得られた。このときのシミュレーションの例を図３に示す。このとき、全沈降距離Ｃは、運転中を通して一定であるが、試料の分離層９が運転時間の経過に従い一定方向に移動するため、試料の沈降距離Ｄは、運転時間の経過に従い、増加あるいは減少する。各々のシミュレーション毎に、全沈降距離Ｄと試料の沈降距離Ｃを求める。
【００２２】
変更後のシミュレーションを行う毎に、Ａ、Ｂ、及びＣ、Ｄより、現在の分離状況が、変更前の分離結果と同等であるかどうかを判定する。同等の分離が得られているかどうかの判断の方法としては、例えば以下の（１）から（３）の方法が考えられる。
【００２３】
（１）試料の沈降距離が同じになった時点、すなわち、Ｂ＝Ｄが成立した時点で同等の分離が得られたと判断する。
【００２４】
（２）遠心管底から試料分離層９までの距離が同じになった時点、すなわち、Ａ−Ｂ＝Ｃ−Ｄが成立した時点で同等の分離が得られたと判断する。
【００２５】
（３）遠心管の液の満たされている部分の長さに対する、分離層の位置の比率が同じになった時点、すなわち、Ｂ／Ａ＝Ｄ／Ｃが成立した時点で同等の分離が得られたと判断する。
【００２６】
上記の（１）から（３）の方法は、ロータのサイズの違いや、分離される試料の性質によって適当なものが選択できるようにする。例えば、変更前の遠心条件に用いたロータと沈降距離が比較的近いロータを用いた場合には（１）や（２）の方法、沈降距離が大きく異なるロータを用いた場合には（３）の方法という具合に使い分ける。判定の結果、現在変更前の分離結果と同等の分離が得られている、又は次のシミュレーション実行の時間までに同等の分離結果が得られると判断された場合には、遠心分離機本体１の運転を停止する。
【００２７】
その他の実施例としては、遠心分離機１に運転時間を入力する前にあらかじめシミュレーション機能を実行し、その際シミュレーション機能の実行に用いる運転時間を順次変化させ、遠心条件変更前と同等の分離結果が得られる運転時間を求めた後に遠心分離機１の運転条件として得られた運転時間を採用する方法もある。
【００２８】
図４は上記先の例、すなわちシミュレーションの結果同志が同等のときに運転を停止するための制御の流れを示すフローチャートである。図４のフローにおいて、ステップＳ１では変更前のパラメータ（回転数・時間・試料の種類他）が読み込まれる。すなわち、これらのパラメータは操作パネル３を介してあらかじめ入力されているものとする。ステップＳ２では所定のシミュレーションを実行し、その結果をデータとしてステップＳ３にて取得し、メモリに格納しておく。ステップＳ４では変更後のパラメータを読み込み、ステップＳ５で遠心分離機の運転を開始する。ステップＳ６では外部パラメータを取り込み、次のステップＳ７では一定時間の経過を判断する。
【００２９】
一定時間を経過するまではステップＳ６、Ｓ７は繰り返し実行される。一定時間を経過すると、ステップＳ８で変更後のパラメータを用いてシミュレーションを実行し、その結果をデータとしてステップＳ９でメモリに格納する。ステップＳ１０ではステップＳ３、Ｓ９で各々得られメモリに格納されたデータ同志を比較し、両者が一致するか否かを判断する。このデータとしては試料の分離層の位置を表わすものを用いることができる。一致していないときはステップＳ６〜Ｓ１０を繰り返す。一致すると、ステップＳ１１へ進み遠心分離機の運転を停止させるための制御信号を作成し、遠心分離機を停止させる。
【００３０】
次に図５は、上記他の例として示したもの、すなわち、あらかじめ変更前と変更後のパラメータを用いて各々シミュレーションを実行しておき、シミュレーションの結果が同等となるであろう遠心分離機の運転時間を算出しておくものである。
【００３１】
ステップＳ１〜Ｓ４は図４と同様であるので説明を省略する。ステップＳ４に続くステップＳ８、Ｓ９も図４と実質的に同一で、変更後のパラメータを用いてシミュレーションを行うものであるが、この時点ではまだ遠心分離機は運転が開始されていない点が図４の場合と異なる。ステップＳ１２では変更前後のデータが一致するか否かを判断し、一致しないときはステップＳ１３で運転時間を更新しステップＳ８のシミュレーションを行う。一致すると、ステップＳ１４でそれまでに定められた運転時間をメモリに取り込み、ステップＳ１５で遠心分離機の運転を開始する。次のステップＳ１６は遠心分離機の運転時間がステップＳ１４でメモリに格納した設定運転時間に到達したか否かを判断し、到達すると、ステップＳ１７で遠心分離機を停止させるための制御信号が作られ、遠心分離機は停止する。
【００３２】
図４及び図５に示したフローは、本発明の遠心分離機制御装置を構成する主要部である図示省略のＣＰＵ、メモリ、インターフェイス等を有するマイクロコンピュータ（マイコン）により実行されるものである。マイコンを利用した遠心分離機の一般的制御自体は周知であるので、ここではハードウェアの説明は省略する。なお、シミュレーションを中心とする図４又は図５のフローを実行する本発明の遠心分離機制御装置は遠心分離機本体１内部に装備することが可能であるとともに、シミュレーション及び制御を行う専用のパソコンを外部に設け、遠心分離機本体１とケーブルで接続することもできる。
【００３３】
［２］遠心分離シミュレーション方法の実施例
次に図６乃至図１０に基づいて本発明の遠心分離シミュレーション方法の好ましい実施例について説明する。図６は図１と同様の斜視図であり、本発明の遠心分離シミュレーション方法を実現する構成を示している。遠心分離機本体１は図１同様の表示装置２と遠心分離パラメータ等を入力するための操作パネル３を有している。分離すべき試料は一般に、遠心管８と呼ばれる試験官中に入れられた後、遠心分離機本体１のロータ室１９に設置されたロータ４内に配置され、このロータ４を回転させることにより分離される。一般に、表示装置２にはユーザが設定した遠心分離パラメータ、及び／又は現在の運転状態パラメータが表示される。これらのパラメータには、回転数、温度、運転時間等があり、前記表示装置２の一部にそれぞれ表示される。また、本発明の性質上、この場合の遠心分離パラメータには、分離に使用するロータ４の種類とその寸法が含まれる。
【００３４】
遠心分離シミュレーション機能は、遠心分離機本体１に装備されているか、又はシミュレーションプログラムを実行できるパソコン等の、外部のシミュレーション装置２０に装備されている。遠心分離シミュレーション機能が実行されると、実行結果が表示装置２、又は外部のシミュレーション装置２０の表示部等に表示される。実行結果の表示例を、図７、図８に示す。本発明の性質上、パソコン等の外部のシミュレーション装置２０と、遠心分離機本体１は、通信ケーブル２１で接続され、互いにデータを通信することが可能である。ただし、遠心分離機１の本体にシミュレーション機能があり、表示装置２を用いてシミュレーション結果を表示できる場合には、外部のシミュレーション装置２０及び通信ケーブル２１は必要ない。
【００３５】
遠心分離機本体１の上には、分析用アタッチメント１５を装着することができる。分析用アタッチメント１５を用いて、試料の分析を行う際には、遠心管８の設置されるロータ４ではなく専用のセル１７の設置できる分析用ロータ１６を用いる。試料の性状を分析する際には、セル１７内に溶液と試料を注入し、遠心機を運転させることにより分析用ロータ１６を回転させ、その時生じる遠心力によってセル１７の中を沈降していく試料の状態を、分析用アタッチメント１５の内部又はロータ室１９に設置された不図示の光源より発する光を用いて光学的に測定し、遠心力場における溶液と微小粒子の物理的関係より試料の種々の性状が計算される。この時の分析に用いる方法には、沈降速度法と沈降平衡法がある。ここで、分析方法における沈降速度法・沈降平衡法と、シミュレーションを行う遠心分離方法としての沈降速度法・沈降平衡法を混乱しないために、以降では、分析方法の場合を単に沈降速度法・沈降平衡法、シミュレーションの場合を沈降速度法シミュレーション・沈降平衡法シミュレーションと称することにする。
【００３６】
１つの例として、沈降速度法シミュレーションの補正について以下に示す。沈降速度法シミュレーションを行うには、試料粒子の沈降係数（Ｓ値）、用いる溶媒とその濃度勾配の範囲、ロータのサイズ、運転の条件（回転数・時間・温度）が必要である。このうち、溶媒の濃度勾配の範囲やロータのサイズ、運転の条件については、試料や溶媒によって変化する性質のものではないので、補正の必要は無い。これに対してＳ値は、試料粒子の特性だけではなく、使用する溶媒やその温度、試料粒子の濃度によっても左右されるものであり、沈降速度法シミュレーションを精度良く行うためには、条件に応じて補正を行ったほうが望ましい。沈降速度法による試料の分析では、試料粒子が遠心力によって溶液中を沈降する速度、すなわち沈降速度を測定することができる。この沈降速度から、例えば、１９４０年にスベドベリ（Ｓｖｅｄｂｅｒｇ）とペダーソン（Ｐｅｄｅｒｓｏｎ）によって発表された「超遠心」（Ｔｈｅ Ｕｌｔｒａｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ）（Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ Ｐｒｅｓｓ社出版）に掲載され、良く知られている以下の式により、沈降係数Ｓを計算することができる。
【００３７】
【数２】
2004344890.tif 000004
【００３８】
この沈降係数Ｓは、生物試料の沈降係数を表現するためには、非常に小さな値になるため、一般的にはこれを１０13倍した値を用いる。これを表わすのにＳという単位を用い、この値を一般にＳ値と称する。式１からも明らかな通り、Ｓ値は試料粒子の沈降速度に直接関わってくる値であるため、Ｓ値が不正確な場合には、図７の試料のピークＰ１２の位置Ｅが実際とは異なる位置に描画される。つまり、精度の良い沈降速度法シミュレーションを行うためには、シミュレーションの計算に用いるためのＳ値の決定が非常に重要である。このとき、実際の分離条件で得られるＳ値を用いてシミュレーションを行う必要がある。場合によっては、分離を行う試料の性状が既に広く知られており、そのＳ値についても文献等に記載されている場合がある。しかし、文献等に記載してあるＳ値は、一般に試料粒子を懸濁する溶媒に水を用いた場合の、温度２０℃における無限に希薄な溶液の場合に標準化されているのが普通である。実際の分離の場合の際には、上記条件で行われることは皆無に近いため、正確な沈降速度法シミュレーションを行うためには、書物等に記載のＳ値をそのまま用いることはできない。すなわち、分離する試料の性状が既知であろうと、未知であろうと、精度の良い沈降速度法シミュレーションを行うためには、その試料のＳ値を分離を行うのと同じ環境下で再決定する必要がある。Ｓ値は、既述のように、その試料粒子が懸濁されている溶液の種類、及びその濃度と温度、さらに試料粒子の濃度によって変化する。このうち、溶液による変化は、実際にはその溶液の濃度と温度によってその溶液の粘度と密度が変化することによるものであり、リックウッド（Ｄ． Ｒｉｃｋｗｏｏｄ）編集の「遠心分離 理論と実験」（広川書店）等に記載されている、次に示す物理的な関係式によって計算が可能である。
【００３９】
【数３】
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【００４０】
しかし、試料粒子の濃度とＳ値との関係は、試料粒子の種類によって異なり、明確な関係式もないため、実際の分離を行う濃度と同じ濃度を用いてＳ値の測定を行うことは、沈降速度法シミュレーションを精度良く行うために、非常に有効な手段である。手段としては、実際に分離する際と同じ試料粒子の濃度で、分析用アタッチメント１５を用いて沈降速度法により測定したＳ値を、遠心分離シミュレーション機能に記憶させる。そのためには遠心分離シミュレーション機能の内部または外部にデータを保持し、必要に応じてこのデータを参照できる機能を持たせる必要がある。このデータ保持機能のデータ保持容量を十分大きくすると、分析用アタッチメント１５を用いて分析中の試料粒子の沈降状態のデータを保持しておくことが可能であり、必要な場合には、測定した値を用いて、分析用ロータ１６のロータサイズと分析に用いた遠心条件を用いて沈降速度法シミュレーションを行った場合と、実際の試料の沈降状態が同じであるかどうかを比較し、同じになるように更にＳ値を補正することができる。このようにして、補正したＳ値を用いて沈降速度法シミュレーションを行うことにより、シミュレーションの精度が向上するため、従来必要であった試行錯誤的な予備実験を行うことなく種々の分離条件における試料分離を検討することが可能となる。
【００４１】
他の例として、沈降平衡法シミュレーションの補正について以下に示す。沈降平衡法シミュレーションを行うには、試料粒子の分子量と浮遊密度、用いる溶媒とその初期濃度、ロータのサイズ、運転の条件（回転数・時間・温度）が必要である。このうち、用いる溶媒とその初期濃度やロータのサイズ、運転の条件については、試料や溶媒によって変化する性質のものではないので、補正の必要は無い。これに対して試料粒子の分子量は、分離する試料が新しい未知の試料の場合には新たに決定する必要があり、浮遊密度は使用する溶媒によって変化するため、沈降平衡法シミュレーションを精度良く行うためには条件に応じて補正を行ったほうが望ましい。沈降平衡法による試料の分析では、溶液の平衡状態、すなわち溶質の沈降とそれに対する拡散との釣り合った状態で、濃度勾配を生じさせ、その濃度勾配から分子量を求めることができる。例えば、前出の「遠心分離 理論と実験」等に記載されている、次に示す物理的な関係式によって計算が可能である。
【００４２】
【数４】
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【００４３】
また、塩化セシウムのような自己形成密度勾配中での沈降平衡法による分析では、試料粒子とマーカ粒子をともに分析し、マーカ粒子と試料粒子のピークの位置により、試料粒子の浮遊密度を計算することができる。このとき、自己形成密度勾配液として、実際の分離に用いる溶液を用いることにより、その溶液中での浮遊密度を計算することができる。例えば、前出の「遠心分離 理論と実験」では、以下の式により、試料粒子の浮遊密度を計算している。
【００４４】
【数５】
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【００４５】
沈降平衡法による試料の分離は、その試料の浮遊密度を利用して行われる。また、分子量は、沈降平衡法シミュレーションにおける試料粒子のピーク形状に影響を与える。これらの値が不正確な場合には、図８の試料のピークＰ１３の位置Ｆが、実際の分離結果とは異なる位置に描画され、また、試料のピークの高さＧと幅Ｈが実際の分離結果とかけ離れたものになるため、遠心時間決定の判断がつかなくなる。つまり、精度の良い沈降平衡法シミュレーションを行うためには、沈降速度法シミュレーションにおけるＳ値と同様、試料の分子量と浮遊密度の決定が重要になってくる。すなわち、沈降平衡法シミュレーションの精度を上げるためには、実際の試料のおかれる環境下での分子量と浮遊密度によってシミュレーションを行う必要がある。浮遊密度については、標準的な試料の代表的な溶液中での値は、多く知られているが、例えば、同じＤＮＡでも、塩基組成や立体構造が異なると、浮遊密度が変化するため、分離を行う環境下での浮遊密度を決定する必要がある。また、分子量については、環境によって変化することはないが、未知の新しい試料を分離する場合には、全く解らないので、新たに決定する必要がある。手段としては、沈降速度法シミュレーションの場合と同様、実際に分離する際と同じ環境下で（分子量測定の場合にはその必要はない）、分析用アタッチメント１５を用いて沈降平衡法により測定した分子量と浮遊密度の値を遠心分離シミュレーション機能に記憶させる。このとき、沈降速度法シミュレーションの場合と同様、遠心分離シミュレーション機能の内部または外部にデータを保持し、必要に応じてこのデータを参照できる機能を持たせる必要がある。また、このデータ保持機能のデータ保持容量を十分大きくすると、分析中の試料粒子の沈降状態のデータを保持しておくことが可能となり、測定した値を用いて、分析用ロータ１６のロータサイズと分析に用いて沈降平衡法シミュレーションを行った場合と、実際の試料の沈降状態が同じであるかどうかを比較し、同じになるようにさらに浮遊密度と分子量を補正することができる。
【００４６】
このようにして、補正した分子量と浮遊密度の値を用いて沈降平衡法シミュレーションを行うことにより、シミュレーションの精度が向上するため、従来必要であった試行錯誤的な予備実験を行うことなく種々の分離条件における試料分離を検討することが可能となる。
【００４７】
上記２つの例の手順を示したのが図９及び図１０のフローチャートである。すなわち図９は沈降速度法シミュレーションの場合、図１０は沈降平衡法シミュレーションの場合を示している。図９において、ステップＳ２１で分析用アタッチメント１５が遠心分離機の本体１に取り付けられる。ステップＳ２２では分析用ロータ１６が取り付けられ、その中に分析用ロータセル１７に収められた試料が配置される。その後ステップＳ２３で遠心分離機の運転が開始され、ステップＳ２４で分析用アタッチメント１５を用いて沈降速度法による分析が行われる。次のステップＳ２５で試料のＳ値が算出され、このＳ値がステップＳ２６でシミュレーション機能に取込まれる。上記各ステップ中、ステップＳ２１〜Ｓ２３は使用者が手作業で行うものである。またステップＳ２４は分析用アタッチメント１５を使用者が覗くことによってもできるが、周知の画像取り込み装置を内蔵したものを用いれば画像情報としてシミュレーション装置２０内のコンピュータに取り込むことができ、そのデータを基に分析と次のステップＳ２５、Ｓ２６が連続して行われる。
【００４８】
次のステップＳ２７は使用者がＳ値の補正を必要とする場合と、そうでない場合に、いずれかを選択できるようにしたものであり、あらかじめ表示装置２の画面上にてＳ値の補正を行うべきか否かを尋ね、使用者に操作パネル３にて回答させるようにすることができる。ここでは、かかる使用者からの回答によりフラグを設定し、このフラグを読むものとする。Ｓ値の補正が不要な場合は直ちにプログラムは終了する。
【００４９】
Ｓ値の補正を行う場合は、次のステップＳ２８で分析用ロータ１６のサイズの取り込みが行われ、ステップＳ２９で溶液の条件・遠心条件の取り込みが行われる。これらのデータはいずれも、あらかじめ操作パネルにより入力されたデータを読み込むことにより行われる。ステップＳ３０では、これらのデータを用いて沈降速度法シミュレーションを実行し、その結果を先のステップＳ２４で得た分析結果と比較し、同等か否かをステップＳ３１で判断する。両者の差が例えば数パーセント以内であれば、同等と判断することができる。同等でないときは、ステップＳ３２でＳ値の補正を行い再びステップＳ２６へ戻る。
【００５０】
図１０は沈降平衡法シミュレーションの場合のものであり、ステップＳ２１〜Ｓ２３、Ｓ２８、Ｓ２９は図９と同一である。ステップＳ３４では上記の場合と同様に、分析用アタッチメント１５により光学的分析結果を画像データとしてシミュレーション装置２０に取り込むことにより沈降平衡法による分析が行われ、続いてステップＳ３５では試料の分子量と沈降係数の算出がシミュレーション装置２０にて行われる。ステップＳ３６では、これらの算出データがシミュレーション機能に取り込まれる。ステップＳ３７は図９のステップＳ２７に対応するもので、Ｓ値の場合と同様に浮遊密度の補正を必要とするか否かの使用者の判断により、あらかじめ設定されたフラグを読み込む。
【００５１】
ステップＳ３８では沈降平衡法シミュレーションを実行し、その結果と、先のステップＳ３４の分析の結果とをステップＳ３９で比較し、両者が同等か否かを判断する。同等でなければ、ステップＳ４０で浮遊密度を補正してステップＳ３６へ戻る。
【００５２】
［３］遠心分離機の実施例
次に本発明による遠心分離機の実施例について図１１及び図１２を参照して説明する。これまでに説明した実施例と同様に遠心分離機１は遠心分離状態や運転パラメータを表示するために表示装置２と操作パネル３を有している。一般的には表示装置２にはユーザが設定した遠心分離パラメータと現在の運転状態パラメータが表示される。これらのパラメータには、遠心回転数５、温度６、運転時間７等があり、表示装置２の一部にそれぞれ表示される。上記のパラメータの他に、シミュレーションや、計算結果を表示するための表示領域１０が設けられている。この領域１０には本実施例の特徴である遠心分離の途中過程が表示される。
【００５３】
本実施例においても先の実施例同様シミュレーションや制御を行うためのマイコンが設けられており、シミュレーションの結果得られた試料の分離層の位置等が表示装置２の表示領域１０にグラフィック表示されるようになっている。次に、マイコン内のＣＰＵの動作を示すフローチャートを示す図１２に従って本実施例の詳細な動作について説明する。
【００５４】
図１２のフローは、遠心分離機の運転が開始されると同時にスタートするものとする。ステップＳ４１ではあらかじめ操作パネル３を介して入力された回転数、運転時間、試料の種類等の運転パラメータを読み込む。次のステップＳ４２にて、運転パラメータを用いてシミュレーションを実行する。その結果得られたデータ、例えば分離層の位置データをステップＳ４３にて表示装置２に表示する。ステップＳ４４は一定時間の経過を判断するもので、一定時間経過前はステップＳ４５で操作パネル３内の遠心制御のキー入力の有無を判断する。キー入力のあったときは、その内容に応じた遠心制御をステップＳ４６にて行う。回転数や運転時間の変更等がキー入力されたときは、その内容がメモリーに格納されるとともに、対応する制御がなされる。一方、運転の停止（ストップ）がキー入力されたときは、対応する制御のみを行う。ステップＳ４６が終了すると、又はステップＳ４５にてキー入力のないと判断されたときは、ステップＳ４４に戻る。
【００５５】
ステップＳ４４にて一定時間の経過が認識されると、ステップＳ４７にてシミュレーションが終了したか否かを判断し、終了していないときはステップＳ４８にて現在メモリに格納されている各運転パラメータを読み出し、ステップＳ４２へ戻り、このパラメータを用いて再度シミュレーションを実行する。ステップＳ４６にてシミュレーションが終了したものと判断されると、処理が終了する。
【００５６】
ステップＳ４８にて読み込む運転条件、分離する試料、用いられる溶媒等の運転パラメータは、ステップＳ４１にて読み込んだ運転パラメータと同一のこともあるし、異なることもある。パラメータに変更が生じる原因としては、初期設定した回転数等のパラメータを運転途中で人為的に変更する場合があり、又あらかじめパラメータを運転途中で自動的に変更するようプログラムされている場合がある。いずれの場合にも、対応するメモリには現在の運転パラメータが格納されるので、これを読み出してシミュレーションを実行すればよい。
【００５７】
シミュレーションを行うための演算中であっても、刻々と変わる現在の運転パラメータをリアルタイム的に表示し、運転途中で変更された運転条件等の運転パラメータをシミュレーションに反映させるためには、変更後の運転パラメータを用いたシミュレーションを実行し、その結果を表示する必要があるが、ステップＳ４８を経由してステップＳ４２へ進むことで、かかる処理が実現される。
【００５８】
ステップＳ４４における一定の時間としては、例えば全体の運転時間の１０分の１に相当する時間としたり、１０分程度の固定時間とすることができる。あるいは、全体の運転時間の１０分の１に相当する時間が１０分より長ければ、その時間を一定の時間として用い、一方短ければ、１０分間を一定の時間とすることもできる。このような装置を用いて遠心分離を行う場合は、一般に数時間の運転を行うのが通常であり、遠心分離も非常に緩慢に行われるので、このような時間間隔のシミュレーション結果で実用上十分な結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の遠心分離機制御装置及び方法の好ましい実施例を説明するための遠心分離機の斜視図である。
【図２】変更前のパラメータを用いたシミュレーションの結果の一例を示す図である。
【図３】変更後のパラメータを用いたシミュレーションの結果の一例を示す図である。
【図４】本発明における制御の手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明における制御の手順の他の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の遠心分離シミュレーション方法を実現する分析用アタッチメントを装着した遠心分離機を示す斜視図である。
【図７】本発明の遠心分離シミュレーション方法の一例としての沈降速度法シミュレーションの結果を示す図である。
【図８】本発明の遠心分離シミュレーション方法の一例としての沈降平衡法シミュレーションの結果を示す図である。
【図９】本発明の遠心分離シミュレーション方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の遠心分離シミュレーション方法の他の例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の遠心分離機の好ましい実施例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の遠心分離機の制御部のＣＰＵの動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１  遠心分離機（本体）
２  表示装置
３  操作パネル
４  ロータ
５  表示される回転数
６  表示される温度
７  表示される運転時間
８  遠心管
９  分離層
１０  表示領域
１５  分析用アタッチメント
１６  分析用ロータ
１７  セル
１９  ロータ室
２０  シミュレーション装置
２１  通信ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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