(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ突然変異誘発育種装置であって、試料処理システム、冷却システム、検出システム及び制御システムを含み、
前記試料処理システムは生物活性汚染物のないクリーン作業チャンバー、プラズマ発生器、及びプラズマ発生器と接続する無線周波電源モジュールを含み、
前記冷却システムはプラズマ発生器に対して冷却を行うものであり、
前記検出システムはプラズマジェットを生成するガスの流量を制御するためのガス流量制御器、及びプラズマ発生器が発射するジェットの温度を検出する温度センサーを含むものであり、
前記制御システムは突然変異誘発育種装置の動作の制御に用いられ且つ操作パネル及び制御器を含み、上記制御器は無線周波電源モジュール、ガス流量制御器、温度センサー、冷却システム及び操作パネルにそれぞれ接続するものであり、
上記プラズマ発生器は生体試料の処理プロセスにおいて３７±３℃のプラズマジェットを安定的に発射するものであることを特徴とし、
上記温度センサーは検出されたジェット温度の結果を制御システムにフィードバックし、さらに該結果に基づいて、プラズマ発生器が発射するプラズマジェットの温度を試料処理の全プロセスにおいて３７±３℃に維持するように、冷却システムの作動を制御し、
上記無線周波電源モジュールは無線周波電源及び自動的に無線周波電源に対して整合を行う整合器を含み、上記無線周波電源は整合器を介してプラズマ発生器と接続し、前記整合器は前記プラズマ発生器の温度変化を検出して前記無線周波電源にフィードバックし、前記無線周波電源はフィードバックされた信号に基づき発射する無線周波を調整することを特徴とする、プラズマ突然変異誘発育種装置。
【請求項２】
上記試料処理システム、検出システム及び制御器を一つの筐体内に設置し、上記冷却システムを上記筐体の外部に設置し、且つ該筐体はアルミ型材の筐体であり、上記クリーン作業チャンバーは消毒装置の装着位置を備えることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【請求項３】
プラズマ発生器は同軸型構造であり、且つ処理待ち試料の体積が２００μｌ以下であり
、好ましくは１５０μｌ以下であり、より好ましくは１００μｌ以下であり、さらに好ましくは５０μｌ以下であり、さらにより好ましくは２０μｌ以下であり、且つ３μｌ以上であり、好ましくは５μｌ以上であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【請求項４】
プラズマ発生器は平板型構造であり、且つ処理待ち試料の体積は０．１ｍＬ〜１０ｍＬであり、好ましくは０．５ｍＬ〜１０ｍＬであり、より好ましくは１ｍＬ〜５ｍＬであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【請求項５】
上記クリーン作業チャンバー内にステッピングモータ及び載物ステージが設けられ、上記制御器はステッピングモータを制御することにより載物ステージの昇降または水平の回転を実現し複数の試料に対して自動処理を行い、さらに載物ステージの回転速度を制御することにより、試料処理後の自動的に次の試料に切り替える時間間隔を５ｓ以内にすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【請求項６】
上記クリーン作業チャンバー内に載物ベルトコンベヤー、試料添加器、及び試料回収ベルトが設置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【請求項７】
試料添加器で試料を添加してから５ｓ以内に、載物ベルトコンベヤーによりノズル下方に搬送された試料に対してジェットを噴射し、処理後の試料は５ｓ以内に試料回収ベルトにより回収されることを特徴とする、請求項６に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【請求項８】
上記試料回収ベルト上に試料の回収に用いられる、保護剤を収容した容器が設置されていることを特徴とする、請求項７に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ技術処理設備の分野に属し、特に生物育種に用いる新型のプラズマ突然変異誘発育種装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
優れた品質の微生物菌株は従来からバイオ産業の中核であり、如何に高効率の生物突然変異誘発技術を用いて菌株の迅速な最適化を実現するかは、バイオ産業の重要な仕事である。通常の生物突然変異誘発の方法は一般的に作業効率が低く、作業量が大きく、盲目性が高いなどの問題が存在し、化学的な突然変異誘発は操作者に対し身体的な傷害を与え、環境を汚染しやすく、物理的な突然変異誘発は突然変異誘発性能が比較的弱く且つ微生物に対して繰り返し使用した後に一定の耐性が生じてしまい、その他の方法はいずれも専門的な複雑な設備を必要とし、方法によっては操作コストが非常に高価であり、よって通常の生物突然変異誘発方法は工業化の菌種開発のニーズを満たすことができず、新型の、高効率で、操作しやすい突然変異誘発育種技術を開発して、突然変異誘発の効率を高め、スクリーニングの周期を短縮させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＣＮ１８８８０６３Ａ
【特許文献２】ＣＮ１０２３８２７６３Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマ技術は突然変異誘発育種の新しい技術として、通常の育種における、周期が長く、プロセスが遅く、高効率の変異品種が得られにくいなどの欠点を克服するだけでなく、さらに遺伝子工学に比べてより効率上とコスト上のメリットがあり、特に複雑な代謝ネットワークを有する生物細胞においては、非遺伝子組み換え突然変異誘発方法はより独特なメリットを有する。プラズマは物質の固態、液態、気態と共存する物質の第四の状態であり、大量の自由電子及び帯電イオンを主要成分とする物質の形態であり、マクロ的には電気的中性である。研究により分かるように、プラズマ中に大量に存在する活性化成分は異なる生体試料に作用することができ、さらに複数種類の目標性状の改良をもたらし、バイオテクノロジー分野において優れた応用の見込みを有する。
【０００５】
従来のプラズマ突然変異誘発育種装置は多くの場合、一個または数個の試料のみを処理できるものである。現在の生物育種の分野は多くの場合、大量の生体試料に対して処理を行う必要があり、よってプラズマ発生器は持続的に長時間作動する必要がある。この場合、全体の処理プロセスにおいて、無線周波電源（ＲＦ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、ＲＦ電源）がずっと作動状態にあって無線周波エネルギーを出力してプラズマ発生器に供給し、プラズマ発生器は持続的にプラズマジェットを生成し、操作時間が長くなることにつれて、この時発生するプラズマジェットの温度は絶えず上昇し、さらに長期にわたり安定的に所定温度範囲のプラズマジェットを噴射できないという問題が存在する。これとともに、このような装置を夏季または熱帯地域において長時間使用する場合、噴射するプラズマジェットの温度上昇がより速くなり、長時間にわたり安定した温度範囲のジェットを噴射することを維持することがより困難となる。
【０００６】
さらに上記のように、長時間にわたり複数個の試料を処理する装置において、無線周波電源はずっと安定した状態で無線周波をプラズマ発生器に発射する必要がある。しかし通常は突然変異誘発育種装置中において、無線周波電源は突然変異誘発育種装置中のその他の各部品の干渉を受け、これにより無線周波電源が安定的に無線周波エネルギーを発射することができず、さらにはプラズマ発生器が安定したジェットを発射することに影響する。また、突然変異誘発育種装置を長期間に使用し、または熱い地域や季節で使用する場合、プラズマ発生器自身の操作温度が徐々に高くなり、温度の上昇はプラズマ発生器の電気容量値の変化をもたらし、この時に速やかに無線周波電源の設置を調整できなければ、さらに、発生するジェットが不安定になることももたらしてしまう。従来のプラズマ突然変異誘発育種装置は無線周波電源に一つの手動の整合器を設置することにより該無線周波電源を整合させるもので、この場合無線周波電源が干渉を受けまたはプラズマ発生器の電気容量値などが変化する場合、無線周波電源とプラズマ発生器に接続する整合器を手動的に調整することにより両者を整合させ、これにより無線周波電源からプラズマ発生器に適切な無線周波を送り、さらにプラズマ発生器から適切なプラズマジェットを発射するようにする。よって、干渉が比較的ひどくまたは温度の変化が比較的顕著な場合、頻繁にまたは随時に操作を中止して新たに手動で整合させる必要があり、育種装置の試料に対する処理の効果および効率にひどく影響を与えることになる。さらに、不要なプラズマ装置内の干渉を遮蔽するために、従来技術の装置は多くの場合接地特性の比較的優れた鋼材料を筐体として使用し、これにより装置内部の干渉という問題を遮蔽することができるようになる。しかしこれにより突然変異誘発育種装置の全体の重量が非常に重くなり、体積も比較的大きいものとなってしまう。
【０００７】
複数の試料に対して処理を行う場合、さらに、試料が比較的多い場合、処理待ち試料の作業チャンバーにおける待機時間が比較的長く、処理する前に生体試料が細菌によって汚染されるリスクが大幅に上昇する。さらに、処理待ちの試料が液体試料であれば、クリーン作業チャンバー内に比較的長く期間放置した後、生体試料中の液体成分、例えば培基部分が乾燥して蒸発し、これにより試料に対して処理を行う際に処理に十分な量の液体体積がなくなることをもたらしてしまう。また、処理後の試料を速やかに収集できなければ、突然変異誘発育種の効果にも影響を及ぼす可能性がある。よって、プラズマジェットを噴射する直前にクリーン作業チャンバー内に処理待ちの試料を添加し、さらにプラズマ処理後に該試料を速やかに収集することを実現できる、新型のプラズマ突然変異誘発育種装置が期待されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は従来技術に存在する問題に鑑みて、新型のプラズマ突然変異誘発育種装置を提供する。本発明の技術構成は以下である：
【０００９】
１、プラズマ突然変異誘発育種装置であって、試料処理システム、冷却システム、検出システム及び制御システムを含み、前記試料処理システムは生物活性汚染物のないクリーン作業チャンバー、プラズマ発生器、及びプラズマ発生器と接続する無線周波電源モジュールを含み、前記冷却システムはプラズマ発生器に対して冷却を行うものであり、前記検出システムはプラズマジェットを生成するガスの流量を制御するためのガス流量制御器、及びプラズマ発生器が発射するジェットの温度を検出する温度センサーを含むものであり、前記制御システムは突然変異誘発育種装置の動作の制御に用いられ且つ操作パネル及び制御器を含み、上記制御器は無線周波電源モジュール、ガス流量制御器、温度センサー、冷却システム及び操作パネルにそれぞれ接続するものであり、上記プラズマ発生器は生体試料の処理プロセスにおいて３７±３ｏＣのプラズマジェットを安定的に発射するものである。
【００１０】
２、上記無線周波電源モジュールは無線周波電源、及び自動的に無線周波電源に対して整合を行う整合器を含み、上記無線周波電源は整合器を介してプラズマ発生器と接続することを特徴とする、項目１に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【００１１】
３、上記試料処理システム、検出システム及び制御器を一つの筐体内に設置し、上記冷却システムを上記筐体の外部に設置し、且つ該筐体はアルミ型材の筐体であり、上記クリーン作業チャンバーは消毒装置の装着位置を備えることを特徴とする、項目２に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【００１２】
４、上記温度センサーは検出されたジェット温度の結果を制御システムにフィードバックし、さらに該結果に基づいて、プラズマ発生器が発射するプラズマジェットの温度を試料処理の全プロセスにおいて３７±３ｏＣに維持するように、冷却システムの作動を制御することを特徴とする、項目１〜３のいずれかに記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【００１３】
５、プラズマ発生器は同軸型構造であり、且つ処理待ち試料の体積が２００μｌ以下であり、好ましくは１５０μｌ以下であり、より好ましくは１００μｌ以下であり、さらに好ましくは５０μｌ以下であり、さらにより好ましくは２０μｌ以下であり、且つ３μｌ以上であり、好ましくは５μｌ以上であることを特徴とする、項目１〜４のいずれかに記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【００１４】
６、プラズマ発生器は平板型構造であり、且つ処理待ち試料の体積は０．１ｍＬ〜１０ｍＬであり、好ましくは０．５ｍＬ〜１０ｍＬであり、より好ましくは１ｍＬ〜５ｍＬであることを特徴とする、項目１〜４のいずれかに記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【００１５】
７、上記クリーン作業チャンバー内にステッピングモータ及び載物ステージが設けられ、上記制御器はステッピングモータを制御することにより載物ステージの昇降または水平の回転を実現し複数の試料に対して自動処理を行い、さらに載物ステージの回転速度を制御することにより、試料処理後の自動的に次の試料に切り替える時間間隔を５ｓ以内にすることを特徴とする、項目１〜６のいずれかに記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【００１６】
８、上記クリーン作業チャンバー内に載物ベルトコンベヤー、試料添加器、及び試料回収ベルトが設置されていることを特徴とする、項目１〜６のいずれかに記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【００１７】
９．試料添加器で試料を添加してから５ｓ以内に、載物ベルトコンベヤーによりノズル下方に搬送された試料に対してジェットを噴射し、処理後の試料は５ｓ以内に試料回収ベルトにより回収されることを特徴とする、項目８に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【００１８】
１０、上記試料回収ベルト上に試料の回収に用いられる、保護剤を収容した容器が設置されていることを特徴とする、項目９に記載のプラズマ突然変異誘発育種装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の技術効果は以下である：
【００２０】
本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置により、熱い夏季または熱帯地域において長時間にわたり該装置を使用して複数の試料に対して連続処理を行っても、プラズマ発生器が発生するジェットの温度を３７±３ｏＣの範囲に維持することができ、これにより微生物の適切な応急修復系を起動させることができ、これにより効果的に突然変異を誘発し、効率よく複数の試料に対する突然変異誘発育種を実現できる。
【００２１】
本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置は試料により適切なプラズマ発生器を交換することができるため、異なるタイプ、異なる体積の試料に対する処理を実現できる。例えば細菌、放線菌、糸状菌から植物細胞、動物細胞、植物組織、動物組織などのさまざまな試料を処理することができる。
【００２２】
本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置は、無線周波電源モジュール中の整合器が、周囲の環境、温度変化により自動的に無線周波電源及びプラズマ発生器に対して整合を行い、これにより外部環境及びその他の部品の干渉を受けずに、プラズマ発生器が安定的に３７±３ｏＣの温度範囲のプラズマジェットを発射できるようになる。また、整合器と無線周波電源をモジュール化することにより、従来のプラズマ突然変異誘発育種の無線周波電源モジュールと比較した場合、体積が１／３減少する。さらに比較的軽いアルミ型材を筐体として用いることができるため、突然変異誘発育種装置の重量も従来の装置に比べて１／３減少する。全体の操作プロセスにおいて、頻繁に手動で整合を行う必要がなく、これにより操作者の作業強度を低減させる。
【００２３】
本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置により、大量の生体試料を処理することができる。さらに複数個の試料の処理プロセスにおいては、随時試料を添加して、随時処理を行い、処理後にすぐに収集を行うことの実現により、複数個の試料の処理プロセスにおけるその他の試料の待機過程における乾燥、細菌感染のリスクを避け、速やかに処理後の試料を収集でき、これにより突然変異誘発育種の効果を保証できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態の全体構造模式図である。
【図２】図２は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態の内部構造模式図である。
【図３】図３は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置のもう一つの実施形態の内部構造模式図である。
【図４】図４は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態の試料添加システムの模式図である。
【図５】図５は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態の同軸型構造のプラズマ発生器を示す。
【図６】図６は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態の平板型構造のプラズマ発生器である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下において図面を参照しながら本発明に対して説明を行う。
【００２６】
本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置は、常圧室温条件下においてプラズマ技術により生物育種試料に対して突然変異誘発育種を行うことに用いられ、試料処理システム、冷却システム、検出システム、及び制御システムを含む。そのうち、試料処理システムは、生物活性汚染物のないクリーン作業チャンバー２、プラズマ発生器７、及びプラズマ発生器７と接続する無線周波電源モジュール８を有する。冷却システムはプラズマ発生器７に対して冷却を行うシステムである。検出システムは以下を含む：プラズマジェットを生成するガスの流量を制御するためのガス流量制御器１６、及びプラズマ発生器が発射するジェットの温度を検出する温度センサー１３。制御システムは、突然変異誘発育種装置の動作の制御に用いられ且つ操作パネル４及び制御器６を含み、制御器６は無線周波電源モジュール８、ガス流量制御器１６、温度センサー１３、冷却システム及び操作パネル４にそれぞれ接続するものである。そのうち本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置のプラズマ発生器７は、全部の試料を処理するプロセスにおいて３７±３ｏＣのジェットを安定的に発射する。本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置を利用すれば、生体試料の処理に用いる発射されるプラズマジェットの温度を３７±３ｏＣに維持することができるため、微生物の適切な応急修復系を起動させることができ、処理待ち生体試料に対して効果的に育種を行うことができる。
【００２７】
本発明の一つの具体的な実施形態において、無線周波電源モジュール８は無線周波電源８’及び自動的に無線周波電源に対して整合を行う整合器８’’を含む。無線周波電源８’は整合器８’’を介してプラズマ発生器７と接続し、無線周波電源８’は無線周波源を整合器８’’に送り、整合器８’’により整合された後に該無線周波源の無線周波エネルギーをプラズマ発生器７に送り、これによってヘリウムガスなどのガスをプラズマ状態のエネルギー（即ちプラズマジェット）に変換する。無線周波電源８’と整合器８’’の間にはフィードバック信号を発信及び収集する信号ラインが存在し、整合器８’’とプラズマ発生器７の間は無線周波ラインによって接続され、該周波ラインにより整合器８’’はプラズマ発生器７の物理的性質（例えば電気容量値）に関する情報を収集することができ、且つ整合器８’’は信号ラインにより該物質の性質に関する情報を無線周波電源８’にフィードバックすることができる。プラズマ発生器７の温度は環境に伴う変化が比較的明らかでまたは長時間作動することによりプラズマ発生器７自身の温度が高くなる時、プラズマ発生器７の物理的性質（例えば、電気容量値）が変化することがあり、この際整合器８’’により該変化を検出し且つ自動的にその整合する数値を変更し、さらに該信号を無線周波電源８’にフィードバックし、これにより無線周波電源８’はフィードバックされる信号により発射する無線周波を調整することができる。本実施形態において、自動的にプラズマ発生器の温度変化、及び外部環境の温度変化を自動的に整合でき、プラズマ発生器が安定的に無線周波電源からの無線周波源を受け取り、さらに３７±３ｏＣ範囲のプラズマジェットを安定的に放出することができる。また、無線周波電源８’と整合器８’’をモジュール化処理することにより、無線周波電源モジュール８の全体的な体積を大きく減少させることができ、従来のプラズマ突然変異誘発育種の無線周波電源モジュールと比較して体積が１／３減少する。
【００２８】
本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態において、プラズマ発生器７は同軸型構造のプラズマ発生器である（以下において、同軸電極と呼ぶ場合もある）。同軸型構造のプラズマ発生器は同軸型露出金属を用いてプラズマジェットを発生させるものである。同軸電極の一つの実例は、図５に示される通りである。同軸電極の出口端がノズル１２を形成し、ノズル１２の断面は直径８〜２０ｍｍの円形断面とすればよい。同軸電極のプラズマジェットを噴出するためのノズル断面積は比較的小さいが、集中的で安定的に噴射することを実現でき、このため通常、同軸電極によって生じるプラズマジェットは、面積、体積の比較的小さい試料の処理に適用することができ、例えば細菌、放線菌、糸状菌などの培養懸濁菌液または胞子の懸濁液に用いることができる。同軸電極を利用してプラズマジェットを発生させる場合、処理待ちサンプルの体積が通常２００μｌ以下であり、好ましくは１５０μｌ以下であり、より好ましくは１００μｌ以下であり、さらに好ましくは５０μｌ以下であり、さらにより好ましくは２０μｌ以下であり、且つ３μｌ以上であり、好ましくは５μｌ以上である。
【００２９】
本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置のもう一つの実施形態において、プラズマ発生器７は平板型構造のプラズマ発生器を用いる（以下において、平板電極と呼ぶ場合もある）。平板型構造のプラズマ発生器の具体的な実例として、例えばＣＮ１００４０５８７９Ｃの特許に記載のプラズマ発生器を参照できる。即ち、平板型プラズマ発生器は体積の比較的大きい試料の処理に用いることができ、例えば植物種子、植物若苗、植物カルスなどである。平板電極を利用してプラズマジェットを発生する場合、処理待ち試料の体積は通常０．１ｍＬ〜１０ｍＬであり、好ましくは約０．５ｍＬ〜１０ｍＬであり、さらに好ましくは１ｍＬ〜５ｍＬである。平板型構造のプラズマ発生器の一つの実例は、図６に示す通りである。
【００３０】
図１は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態の全体構造を示したものである。該実施形態において、試料処理システム、検出システム及び制御器は筐体１内に設けられ、上記冷却システムは筐体１の外部に設けられ、例えば図１において筐体１に隣接して設置している小型ボックス構造が即ち冷却システムである。
【００３１】
本発明のプラズマ突然変異誘発装置のもう一つの実施形態において、該筐体の材料はアルミ型材である。アルミ型材を用いた場合、装置全体の重量を大きく軽くすることができ、従来の装置に比べて、重量は約１／３減少する。従来技術において、通常はアルミ型材の接地性能が悪く筐体内の各部品間の干渉を効率的に遮蔽できないと考えられ、そのため従来技術の装置中においては、通常はより優れた接地性能の鋼材料を筐体として用いる。本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置は上記無線周波電源モジュール８を用いるため、干渉の影響が大きく低減され、このためより軽く美しいアルミ型材を筐体として用いることができる。
本発明の一つの実施形態において、上記冷却システムは風冷システムであり、順次接続される外設の水ポンプ、水タンク、熱交換器を含み、プラズマ発生器７の両端はそれぞれ水ポンプ及び熱交換器と接続し、循環を形成する。
【００３２】
本発明のもう一つの実施形態において、上記冷却システムは水冷システムであり、プラズマ発生器７と接続する外設の冷却水循環機を備える。この場合、外設の冷却水循環装置は以下の方式により筐体１と接続する：筐体１に進水、出水という２つの接続口があり、外設の冷却水循環機の出水口は筐体１の進水口に接続され、それから筐体１の内部に入ってからプラズマ発生器７の進水口に接続し、それからプラズマ発生器７の出水口から筐体１の出水口に接続し、最後に冷却機の進水口に入り、循環を形成する。
【００３３】
本発明の実施形態において、好ましくは水冷システムを冷却システムとして使用する。
【００３４】
本発明の一つの実施形態において、温度センサー１３は検出されたジェット温度の結果を制御システムにフィードバックし、さらに該結果により冷却システムの作動を制御することで、全体の試料処理プロセスにおけるプラズマ発生器７が発射するプラズマジェットの温度を３７±３ｏＣに維持できるようになる。このような方式により、プラズマ発生器７が安定的に温度３７±３ｏＣの範囲にあるプラズマジェットを発射することを保証し得る。これにより本発明の装置を熱い季節、熱い地域において長時間にわたり安定的に使用することを確実に保証する。
【００３５】
本発明の一つの実施形態において、温度センサー１３は検出されたジェット温度の結果を制御システムにフィードバックし、ジェットの温度が３７±３ｏＣの範囲より低い場合、制御器６は温度センサー１３がフィードバックした温度の結果により「予熱中」の信号を出し、この時該結果は操作パネル上に表示され、操作者が試料を添加しないように注意を促し、無線周波電源モジュール８は持続的に無線周波を放出すれば、プラズマ発生器７が発射するプラズマジェットの温度は徐々に上昇し、３７±３ｏＣの範囲まで上昇したとき、温度センサー１３は検出されたジェット温度の結果を制御システムにフィードバックし、この時操作パネル上に「処理可能」の信号が表示され、操作者に対して引き続き添加試料の処理を行うことができることを通知する。
【００３６】
本発明の一つの実施形態において、クリーン作業チャンバー２は消毒装置の装着位置を有し、該消毒装置の装着位置はクリーン作業チャンバーの壁上に予め設置された紫外線ランプの台座及び上記紫外線ランプの台座の電源ケーブル貫通孔であり、上記消毒装置は紫外線ランプであり、上記紫外線ランプは制御器と接続する。もう一つの実施形態において、該消毒装置の装着位置はクリーン作業チャンバーの壁上に開けられた貫通孔であり、消毒装置は化学消毒ガス補給チューブであり、化学消毒ガス補給チューブは外的に化学消毒ガス容器に接続し、化学消毒ガス補給チューブは上記貫通孔を介して上記クリーン作業チャンバー内に伸びている。
【００３７】
本発明の一つの実施形態において、上記クリーン作業チャンバー２内にステッピングモータ２０及び載物ステージ１０が設けられ、上記制御器６はステッピングモータ２０を制御することにより載物ステージ１０の昇降または水平の回転を制御して複数個の試料に対して自動処理を行い、さらに載物ステージの回転速度を制御し、これにより試料処理後の自動的に次の試料に切り替える時間間隔を５ｓ以内にする。図２は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態の内部構造模式図である。
【００３８】
制御器６がステッピングモータ２０を制御することにより載物ステージ１０を水平回転させる場合、上記載物ステージ１０は円周に沿って試料を保存するための複数個の凹部を有し、載物ステージ１０を水平回転させることにより上記凹部を順次ノズルと対応させる。各凹部中に処理待ち試料を設置し、特に体積の比較的小さい試料に適している。操作パネル４は制御器６によりステッピングモータ２０を制御して載物ステージ１０の水平回転を実現し、処理待ち試料を設置した凹部を順次同軸電極のノズル１２または平板電極と対応させるようにし、プラズマ発生器７が発生するプラズマジェットは試料の処理を開始させる。試料の処理が完了した後、載物ステージ１０が再度ある角度を水平回転させ、これにより次の処理待ち試料の凹部を同軸電極のノズル１２または平板電極と対応する位置に回転させて処理を行う。このような操作を繰り返すことで、簡単で実行しやすい構造により大ロットで特に体積の小さい試料の自動化及び連続化した突然変異誘発処理を行うことができる。
【００３９】
本発明の上記装置はプラズマにより高効率で迅速に生体材料に対して処理を行うとともに他の不純物、微生物により汚染されないことを確実に保証できるため、バイオ分野において優れた応用価値を有する。クリーン作業チャンバー内にステッピングモータ及び載物ステージを設置することにより、システム中の制御パネルは制御器によりステッピングモータを制御して載物ステージの昇降または水平の回転を実現して複数の試料に対して自動的な処理を行い、該ステッピングモータ制御技術と載物ステージの構造に合わせて載物ステージ中の処理待ち試料もそれとともに昇降または水平回転し、ある試料の処理が完了した後に自動的に次の処理待ち試料に切り替え、大量試料の連続自動化処理が実現でき、従来技術における人工的に試料を入れる及び取り出すという煩雑な操作を回避でき、突然変異誘発プロセスにおいて雑菌に汚染されないことを確実に保証でき、人工コストを削減し、突然変異誘発育種効率を向上させることができる。多機能制御の操作パネルは自動消毒、自動化のモニタリング及び制御の機能を実現し、より高い効率で常圧室温環境下におけるプラズマ突然変異誘発育種を実現できる。さらに、載物ステージの回転速度も制御することができ、これにより試料処理後の自動的に次の試料に切り替える時間間隔を５ｓ以内にすることができる。
【００４０】
本発明の一つの実施形態において、上記操作パネルに温度表示画面、ガス流量設定ボタン、ガス流量表示画面、処理時間設定ボタン、消毒装置制御ボタン、ステッピングモータ制御ボタン、及び照明ランプボタンを設置し、上記制御器はプログラマブルロジックコントローラであり、上記プログラマブルロジックコントローラはシリアルケーブルまたはフィールドバスにより操作パネルと接続する。
【００４１】
本発明の一つの実施形態において、クリーン作業チャンバー２内に載物ベルトコンベヤー３２、試料添加器２２、及び試料回収ベルト３４が設けられている。図３は本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置の一つの実施形態の内部構造を示す模式図である。図４は該試料添加システムの概ねの構造を示している。
【００４２】
そのうちの載物ベルトコンベヤー３２及び回収ベルト３４はキャタピラー搬送の方式を用いている。キャタピラーに右から左まで複数の孔が設けられ、複数のスライドガラスを載せることができ、載物ベルトコンベヤー３２の一端側が試料を添加できる試料添加器３３であり、試料添加器３３の片側がプラズマ発生器７の同軸電極のノズル１２または平板電極である。ベルトコンベヤーの作動プロセスにおいて、最も試料添加器３３に近い孔が先に試料添加器３３の真下に移動し、試料を添加した後にさらに例えば、ノズル１２の真下に移動して処理を行い、処理が完了した後に引き続きある距離移動した後に載物ベルトコンベヤー３２の縁に到達し、さらに既に準備してある保護剤が入っている容器（例えばＥＰチューブ）中に落ち、それから該容器は試料回収ベルト３４に伴って自動的に移動し、次の空っぽの容器が元の位置に来てその替わりとなる。後続の番号の試料処理プロセスも類似である。
【００４３】
本実施形態において、保護剤は例えば該生体試料の培養に用いる液体培地または浸透圧安定剤であり、例えば０．８％前後の無菌生理食塩水などである。
【００４４】
上記試料添加システムを用いることにより、試料添加器３３で試料を添加してから５秒以内に、載物ベルトコンベヤー３２により例えばノズル１２下方に搬送された試料に対してジェットを噴射し、処理後の試料は５秒以内に回収ベルト３４により回収される。本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置により、大量の生体試料を処理することができる。さらに、複数の試料の処理プロセス中において、随時試料を添加して、随時処理を行い、処理後にすぐに収集を行うことが実現でき、これにより複数個の試料の処理プロセスにおけるその他の試料の待機過程における乾燥、細菌感染のリスクを避け、速やかに処理後の試料を収集でき、これにより突然変異誘発育種の効果を保証できるようになる。
【００４５】
本発明の一つの実施形態において、上記操作パネルに温度表示画面、ガス流量設定ボタン、ガス流量表示画面、処理時間設定ボタン、消毒装置制御ボタン、載物ベルトコンベヤー制御ボタン、試料添加器制御ボタン、試料回収ベルト制御ボタン及び照明ランプボタンが設けられ、上記制御器はプログラマブルロジックコントローラであり、上記プログラマブルロジックコントローラはシリアルケーブルまたはフィールドバスにより操作パネルと接続する。
【００４６】
本発明の検出システムはガス流量制御器１６及び温度センサー１３を含む。ガス流量制御器１６はプラズマ発生器７と接続し、温度センサー１３は同軸電極のノズル１２または平板電極が噴射するプラズマジェットの温度を検出できるように、プラズマ発生器７の同軸電極のノズル１２または平板電極付近に位置すればよい。温度センサー１３はホース温度プローブによりその角度位置を調整し、クリーン作業チャンバー２内及びプラズマ発生器７の同軸電極のノズル１２または平板電極が噴射するプラズマジェットの温度をリアルタイムで表示する。
【００４７】
制御システムは操作パネル４、電極制御ボタン５及び制御器６を含み、一つの実施形態において、制御器６はステッピングモータ２０、無線周波電源モジュール８、ガス流量制御器１６、消毒装置、照明システム、温度センサー１３、冷却システム及び操作パネル４とそれぞれ接続する。制御器６は好ましくはプログラマブルロジックコントローラであり、上記プログラマブルロジックコントローラはシリアルケーブルまたはフィールドバスにより操作パネル４と接続する。
【００４８】
もう一つの実施形態において、制御器６は載物ベルトコンベヤー３２、試料添加器３３、試料回収ベルト３４、無線周波電源モジュール８、ガス流量制御器１６、消毒装置、照明システム、温度センサー１３、冷却システム及び操作パネル４とそれぞれ接続する。制御器６は好ましくはプログラマブルロジックコントローラであり、上記プログラマブルロジックコントローラはシリアルケーブルまたはフィールドバスにより操作パネル４と接続する。
【００４９】
操作パネル４は筐体１の外表面に設置され、即ち、筐体１の外壁上に操作者が制御器６を制御することに供する操作パネル４を有し、操作パネル４には温度表示画面、ガス流量設定ボタン、ガス流量表示画面、処理時間設定ボタン、照明ランプボタン、パラメータ設定表示ボタン及び設備説明ボタンが設けられ、さらには消毒装置制御ボタン、ステッピングモータ制御ボタン及び／または載物ベルトコンベヤー、試料添加器、及び試料回収ベルト制御ボタンなどが設置されている。該操作パネル４全体は好ましく液晶タッチパネルであり、即ち液晶タッチパネル上に「現在の日付と時間」の表示画面、「ガス流量表示及び設定」の画面、「温度表示」の画面、「処理時間」の画面、「照明ランプ」の画面、「消毒装置」の画面などを有すると理解することができる。ガス流量表示及び設定画面によりプラズマ発生システムのガス供給流量をリアルタイムでモニタリングし、さらにそれに対して制御を行う。ガス供給流量を設定する必要がある場合、指で操作パネル４中のガス流量設定ボタンをタッチすれば、システムは自動的に「数字設定画面」をポップアップする。数値の入力が完了した後、確定ボタンをクリックすれば、入力値が確認される。それから、制御器６がガス流量を新しい設定値に調整し、さらにガス流量表示画面で表示する。上記流量設定値が所定の範囲を超える場合、設定値は設定できず、設定入力枠はずっと０と表示される。「温度表示」画面は温度プローブが測定した温度値を示すためのものであり、主にプラズマ発生器作業時の環境温度の表示に用いられる。
【００５０】
本発明の上記装置の操作パネルによって、ガス流量、処理時間の設定及び照明ランプ、消毒装置に対する制御、及びステッピングモータ、載物ベルトコンベヤー、試料添加器及び試料回収ベルトに対する制御を実現し、試料の連続した自動化処理、モニタリング及び制御機能を実現できる。該装置のヒューマンマシンインタフェースは機能が全面的で、操作方法が簡単で、ガスを励起させてプラズマを生成し、生体試料の突然変異誘発処理に用いられることができ、バイオテクノロジー分野において優れた応用の見込みを有する。
＜実施例＞
【００５１】
以下において実施例を参照して、本発明のプラズマ突然変異誘発育種装置についてさらに説明する。
【００５２】
（実施例１）異なる温度のプラズマジェットを用いて処理した場合の試料のＤＮＡ損傷度合い
ＤＮＡ損傷は突然変異が発生する最も直接な原因であり、ＤＮＡが損傷する際、細菌はｌｅｘＡ及びｒｅｃＡの共同作用により、体内のＳＯＳ応答を引き起こし、β−ガラクトシダーゼの酵素活性を測定することによりＳＯＳの誘発水準を反映し、これによりＤＮＡの損傷度合いを反映することができる。Ｕｍｕ−ｔｅｓｔ法（ｕｍｕ−ｔｅｓｔ  ＡＴキット（Ｉｓｅｓａｋｉ，Ｊａｐａｎ））により遺伝子の損傷をキャラクタリゼーションする。Ｕｍｕ−ｔｅｓｔは２−ニトロフェニル−β−Ｄ−ガラクトピラノシドを基質として、分光光度法によりβ−ガラクトシダーゼの活性を測定し、これによりＳＯＳの誘発の度合いをチャラクタリゼーションし、最終的にＤＮＡの損傷の度合いを示すものである。
【００５３】
１、実験菌株：Ｓ．ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ  ＮＭ２００９を用いる。該菌株は株式会社蛋白精製工業（Ｉｓｅｓａｋｉ，Ｊａｐａｎ）のｕｍｕ−ｔｅｓｔ  ＡＴキットに由来するものである。
【００５４】
２、実験に使用する薬品：ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）、ＤＴＴ（ジチオトレイトール）、ＯＮＰＧ（ｏ−ニトロフェニル−β−Ｄ−ガラクトピラノシド）、ＨＥＰＥＳ（４−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジンエタンスルホン酸）、アンピシリン、クロロマイセチン、ＮＴＧ（ニトロソグアニジン）、クエン酸、クエン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、トリプトン、Ｎａ２ＣＯ３、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウムであり、上記試料はいずれも市販されているものである。
【００５５】
３、実験に使用する培地及び試薬
ＴＧＡ培地：１０ｇのトリプトン、５ｇのＮａＣｌ、１１．９ｇのＨＥＰＥＳを９００ｍＬの水中に溶解して、ｐＨを７．０±０．２に調整し、９７０ｍＬに希釈し、それから高圧蒸気滅菌を行う。２ｇのＤ（＋）グルコースを３０ｍＬ水中に溶解させ、高圧蒸気滅菌を行う。
ＬＢ培地：トリプトン１％、酵母エキス粉末０．５％、塩化ナトリウム１％、寒天２％、蒸留水。
【００５６】
Ｂ  緩衝液：４０．６ｇのＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、６．２ｇのＮａＨ２ＰＯ４・２Ｈ２Ｏ，０．７５ｇのＫＣｌ、及び０．２５ｇのＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏを９００ｍＬの水中に溶解する。ｐＨ値を７．０±０．２に調整して、１．０ｇのＳＤＳを添加して１０００ｍｌに希釈し、０．１５４ｇのＤＴＴを添加し、さらに４℃において密封保存する。
【００５７】
リン酸緩衝液（Ｐ−Ｂｕｆｆｅｒ）：２．１８ｇのＮａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、０．６１ｇのＮａＨ２ＰＯ４・２Ｈ２Ｏを１００ｍＬの水中に溶解し、ｐＨ値を７．０±０．２に調整し、高圧滅菌（１２１℃，２０ｍｉｎ）し、４℃において密封保存する。
【００５８】
ＯＮＰＧ溶液：１８ｍｇのＯＮＰＧを４ｍＬのリン酸緩衝液に溶解させ、遮光（またはスズ箔で包む）環境下にて溶解するまで２ｈ振る。
【００５９】
反応終止液：１０６ｇのＮａ２ＣＯ３を９００ｍＬの水中に溶解してさらに１０００ｍＬに希釈する。常温において密封保存する。
【００６０】
器材：無菌９６ウェルプレート、ＥＬＩＳＡリーダー、１６ｍｍガラス皿（２０個）、１．５ｍｌ  ＥＰチューブ、マルチチャンネルピペットなど。
【００６１】
４、実験ステップ
（１）菌株活性化及び予備培養
Ｓ．ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ  ＮＭ２００９に対して、ＬＢ培地にアンピシリンナトリウム（２５μｇ・ｍｌ−１）及びクロロマイセチン（２５μｇ・ｍｌ−１）を添加した平板培地を用いて該菌株に対して平板活性化を行う。平板活性化された菌株をＴＧＡ液体培地に移して終夜予備培養を行う。１０％接種量でＴＧＡ培地に移し、３７℃で該菌株の対数増殖期まで予備培養する。
【００６２】
（２）菌株の突然変異誘発
プラズマ突然変異誘発：予備培養菌液１００μＬを直径１６ｍｍのガラス皿中に添加する。合計で６組の実験を準備し、そのうち各組に３つの対照が存在する。突然変異誘発の条件：通気量１０ｓｌｐｍ、パワー１２０ｗ、プラズマ発生器のノズル１２と試料との間の距離を２ｍｍに維持し、プラズマジェットの温度を測定し、さらにプラズマジェットの温度をそれぞれ２８℃、３４℃、３７℃、４０℃、４５℃に制御した条件において試料に対して突然変異誘発を行い、突然変異誘発時間は６０ｓである。照射後の菌液が１００μＬに満たない場合はＴＧＡ培地を用いて１００μＬになるまで補充する。
【００６３】
（３）処理後の培養
上記１００μＬに補充した試料から各菌液３０μＬを取り出して９６ウェルプレート中に移し、これとともに２７０μＬのＧＴＡ培地を添加する。菌液を添加せず且つプラズマ処理を行わない培地をブランク対照とし、菌液を添加したがプラズマ処理を行わない培地をネガティブ対照とする。３７℃  １００ｒ・ｍｉｎ  −１において２ｈ培養する。培養が完了した後にＡ６００を測定する。
【００６４】
（４）β−ガラクトシダーゼの酵素活性測定
培養が完了した後の菌液から３０μＬを取り出して９６ウェルプレート中に移す。これとともに１２０μＬのβ緩衝溶液、３０μＬのＯＮＰＧ基質溶液を添加する。２８℃において３０ｍｉｎ反応させる。上記反応終了液１２０μＬを添加する。Ａ４２０を測定することで、β−ガラクトシダーゼの酵素活性をキャラクタリゼーションする。
【００６５】
（５）結果と計算
異なる遺伝毒性試験に対して、以下のｍｕｍ／ｓｏｓ／検査の試験計算式を用いて成長因子Ｇ及び誘発率Ｉｒの結果を計算する：
【００６６】
【数１】
0006326164.tif 000002
【数２】
0006326164.tif 000003
【００６７】
Ｇは成長因子であり、毒性物質で処理した後、微生物が生存し且つ生物活性を維持する能力を反映するものである。
Ｉｒは誘発率であり、毒性物質で処理した後、ｍｕｍＣ遺伝子が誘発され発現する能力を示すものである。
Ａ６００Ｔは測定待ち試料の６００ｎｍにおける吸光度を示す。
Ａ６００Ｂはブランク対照の６００ｎｍにおける吸光度を示す。
Ａ６００Ｎはネガティブ対照の６００ｎｍにおける吸光度を示す。
Ａ４２０Ｔは測定待ち試料の４２０ｎｍにおける吸光度を示す。
Ａ４２０Ｂはブランク対照の４２０ｎｍにおける吸光度を示す。
Ａ４２０Ｎはネガティブ対照の４２０ｎｍにおける吸光度を示す。
【００６８】
【表１】
0006326164.tif 000004
【００６９】
結論：表１から分かるように、２８℃からプラズマジェットの温度の上昇に伴い、Ｇ値は絶えず低下し且つＩｒ値は絶えず上昇し、温度の上昇はＳ．ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ  ＮＭ２００９に対して致死またはその成長を抑制する作用を有し、さらにＤＮＡの損傷の度合いを高め、微生物の応急修復系を引き起こす。プラズマジェットの温度が４０℃より高い場合、Ｇ値は変動してＩｒ値が明かに低下し、一部の菌株が成長面において耐性が生じ且つ損傷の度合いが弱くなったことを示す。表１の結果から分かるように、プラズマジェットの温度を３４〜４０℃の範囲に維持することによって、プラズマジェットのＤＮＡに対する損傷の度合いを比較的高い範囲に維持することができ、微生物の適切な応急修復系を引き起こし、これにより効果的な突然変異を誘発することができる。
【００７０】
（実施例２）３７±３℃のプラズマジェットを利用して突然変異誘発を行う場合の致死率
１．実験菌株：大腸菌ＡＣＣＣ０１６２６。
２．培地と器材
ＬＢ液体培地：トリプトン１％、酵母エキス粉末０．５％、塩化ナトリウム１％、蒸留水。
ＬＢ固体培地：トリプトン１％、酵母エキス粉末０．５％、塩化ナトリウム１％、寒天２％、蒸留水。
その他：０．８％生理塩水、１０％グリセリン、ピペット、塗布棒、遠心チューブ、ＥＰチューブ。
滅菌条件：１２１℃、２０ｍｉｎ滅菌。
【００７１】
３、実験ステップ
（１）大腸菌をＬＢ液体培地（５０ｍＬ／２５０ｍＬ）に接種し、３７℃、２００ｒｐｍ条件下で１２ｈ培養を行う。
（２）一定量の菌液（３ｍＬ前後）を吸い取り、４０００ｒｍｐで５ｍｉｎ遠心し、生理食塩水で菌体を２回洗浄し、最終的に一定量の生理食塩水中に懸濁させ、菌の濃度を１０６−１０８個／ｍＬにする（Ａ６００は０．６−０．８の範囲である）。
（３）大腸菌は乾燥に対して敏感であるため、菌液中にグリセリンを添加し、グリセリンの最終濃度を５％とする（菌液と１０％グリセリンを１：１で混合する）。
（４）１０μｌの細菌懸濁液を吸い取ってスライドガラス上に均一に塗布し、突然変異誘発パラメータを以下のように設置する：パワー１２０ｗ、ガス流量１０ＳＬＭ、プラズマ発生器のノズル１２と試料との間の距離は２ｍｍで、突然変異誘発時間が３０ｓである。突然変異誘発を始め、本発明の装置を利用して８つの試料に対して連続的に突然変異誘発を行い、処理プロセスにおいて、試料処理後の自動的に次の試料に切り替える時間間隔を５ｓ以内に制御する。突然変異誘発のプロセスにおいて、温度センサーでプラズマジェットの温度を検出し、８つの試料に対して突然変異誘発を行うプロセスにおいて、プラズマジェットの温度が３７±３℃の範囲に安定に保持されると示される。
（５）突然変異誘発後のスライドガラスをＥＰチューブ中に入れる（１ｍＬの生理食塩水を含有する）。
（６）スライドガラスを入れたＥＰチューブを１ｍｉｎ振とうさせ、１００μＬを取り出してＬＢ平板培地上に塗布し、３７℃で１６ｈ培養する。
（７）ＬＢ平板培地上で成長する菌落に対してカウントを行い、致死率を計算し、致死率曲線を描き、致死率の計算式は以下である：
【数３】
0006326164.tif 000005
【００７２】
【表２】
0006326164.tif 000006
【００７３】
結論：本発明の装置を利用することで、プラズマジェットの温度を終始３７±３℃の範囲内に制御することができる。その他の突然変異誘発パラメータも同じである場合において、異なるロッドの試料の致死率の変動範囲が小さく、本発明の装置が安定的に長時間にわたり複数の試料を処理して突然変異誘発を実現できると示される。
【００７４】
なお、上記具体的な実施形態は当業者がより全面的に本発明を理解することを助けることができるが、如何なる方式で本発明を制限するものではない。このため、本明細書は図面及び実施例を参照して本発明に対して詳細に説明しているが、本発明に対して依然、変更又は均等の置換を行うことができると当業者が理解すべきであり、即ち、本発明の精神及び範囲を脱離しない技術構成またはその改良は、いずれも本特許の保護範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１  筐体
２  クリーン作業チャンバー
３  放熱孔
４  操作パネル
５  電源制御ボタン
６  制御器
７  プラズマ発生器
８  無線周波電源モジュール
１０  載物ステージ
１２  ノズル
１３  温度センサー
１６  ガス流量制御器
２０  ステッピングモータ
３２  載物ベルトコンベヤー
３３  試料添加器
３４  試料回収ベルト
【図１】
0006326164.tif 000007
【図２】
0006326164.tif 000008
【図３】
0006326164.tif 000009
【図４】
0006326164.tif 000010
【図５】
0006326164.tif 000011
【図６】
0006326164.tif 000012