(57)【要約】【課題】実験動物等の肝臓、心臓、平滑筋を含む組織片等を凍結後破砕する細胞破砕装置において破砕効率、有用物質の回収率が高く、簡単、迅速に破砕する装置に関するものである。【解決手段】供給口を有する収納筒内にモータにより駆動されるスクリュー軸を回転可能に支持し、この収納筒の排出側にはスクリュー軸と直結した回転刃が取付けられている細胞破砕装置において、モータには過負荷を検出する手段を設け、過負荷検出後モータを瞬時、逆転することで凍結した生体組織片を効率よく破砕する。【選択図】      図１
2005131475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、該筐体内に配置されたモータと、供給口と排出口を有する収納筒と、該収納筒内に前記モータにより駆動されるスクリュー軸を回転可能に支持し、前記収納筒の排出側には前記スクリュー軸と一緒に回転する回転刃が取付けられ、前記回転刃に対向して前記収納筒側には固定刃が取付けられている破砕装置において、前記モータには過負荷を検出する手段を設け、前記負荷を検出する手段からの出力信号により、前記モータを逆転することを特徴とする破砕装置。
【請求項２】
前記細胞破砕装置の過負荷を検出する手段は、モータの回転速度を検出することを特徴とする請求項１記載の破砕装置。
【請求項３】
前記細胞破砕装置の過負荷を検出する手段は、モータの駆動電流を検出することを特徴とする請求項１記載の破砕装置。
【請求項４】
前記細胞破砕装置の過負荷を検出する手段は、ひずみゲージによることを特徴とする請求項１記載の破砕装置。
【請求項５】
前記細胞破砕装置の過負荷検出後モータを逆転させる時間は過負荷を検出した時間間隔を基に変化させることを特徴とする請求項１記載の破砕装置。
【請求項６】
前記細胞破砕装置の過負荷検出後モータを逆転させる時間は、過負荷を検出した時間間隔が短くなるに伴い、長くすることを特徴とする請求項５記載の破砕装置。
【請求項７】
前記細胞破砕装置の過負荷検出後モータを逆転させる時間は、一定時間当たりに過負荷を検出した回数を基に変化させることを特徴とする請求項１記載の破砕装置。
【請求項８】
前記細胞破砕装置の過負荷検出後モータを逆転させる時間は、一定時間当たりに過負荷を検出した回数が増加するに伴い、長くすることを特徴とする請求項７記載の破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体組織細胞を破砕することにより細胞または組織内の有用物質である酵素、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、抗がん性物質、細胞内微小組織等を取り出すことを目的とする破砕装置に関し、取扱いが簡単で、大量の生態組織を迅速且つ安全に処理できるとともに、破砕効率、有用物質の回収率が高い破砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の細胞破砕装置は、例えば公表平２−５０４３６０号公報に示すもの、あるいは図６に示すものがある。これはホモジナイザーとも呼び、高速回転するスクリュー形状の刃で破砕する方法、または回転する内刃と固定された外刃の間で破砕を行う方法である。
【０００３】
このような破砕装置においては、小さく裁断された柔らかい少量の組織片の破砕には適しているが、動物の心臓等の平滑筋を含む組織あるいは骨等の硬い組織に対しては、回転刃のみでは破砕効率が悪く、組織片からタンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ等を採集できるまでの大きさに破砕にするのに時間かり、また回転内刃と固定外刃との間に裁断され難い平滑筋や硬い組織が挟まり、破砕能力が著しく低下し、処理能力は満足できるものではない。さらに、上記細胞破砕装置においては破砕するための回転刃が高速（例えば、毎分２７,０００回転以上）で回転するため、細胞を破砕するときに、回転刃が組織片に高速で何回も当り、回転刃と組織との摩擦により摩擦熱が発生し、細胞から取り出すことを目的とするタンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の熱に弱い物質は変質し、また、回転刃により回収するタンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の物質を傷め易いので著しく回収率が低下する。
さらに、上記組織は冷凍保存されることがあり、冷凍されたままの組織を粉砕したいという要望もある。
【０００４】
【特許文献１】公表平２−５０４３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点を改善し、取扱いが簡単で、大量の生態組織細胞を迅速且つ安全に処理できるとともに、大量の試料を効率よく破砕でき、有用物質の回収率が高い破砕装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明の破砕装置は、筐体と、該筐体内に配置されたモータと、供給口と排出口を有する収納筒と、該収納筒内に前記モータにより駆動されるスクリュー軸を回転可能に支持し、前記収納筒の排出側には前記スクリュー軸と一緒に回転する回転刃が取付けられ、前記回転刃に対向して前記収納筒側には固定刃が取付けられている破砕装置において、前記モータには過負荷を検出する手段を設け、前記負荷を検出する手段からの出力信号により、前記モータを逆転することで達成される。
【０００７】
前記破砕装置の過負荷を検出する手段は、モータの回転速度を検出することにより達成される。
【０００８】
前記破砕装置の過負荷を検出する手段は、モータの駆動電流を検出することにより達成される。
【０００９】
前記装置の過負荷を検出する手段は、ひずみゲージによって達成される
前記破砕装置の過負荷検出後モータを逆転させる時間は過負荷を検出した時間間隔を基に変化させることによって達成される。
【００１０】
前記破砕装置の過負荷検出後モータを逆転させる時間は、過負荷を検出した時間間隔が短くなるに伴い、長くすることで達成される。
【００１１】
前記破砕装置の過負荷検出後モータを逆転させる時間は、一定時間当たりに過負荷を検出した回数を基に変化させることで達成される。
【００１２】
前記破砕装置の過負荷検出後モータを逆転させる時間は、一定時間当たりに過負荷を検出した回数が増加するに伴い、長くすることで達成される。
【発明の効果】
【００１３】
以上のような構成にすることにより、凍結した生体組織片または、凍結した平滑筋を含む組織あるいは骨等の硬い組織等を含んだ生体組織片を破砕装置のモータにより駆動されるスクリュー軸と回転刃により破砕することで、短時間に大量の試料を破砕することが可能で、かつ破砕時の熱は最小限に抑えられる。その結果、取扱いが簡単で、迅速且つ安全に処理できるとともに、破砕効率、有用物質の回収率が高い破砕装置を提供することすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の破砕装置について細胞破砕装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
本発明の実施例を図１〜図１１を用い説明する。図１は細胞破砕装置の一実施例を示す構造および部品構成を説明する側面図である。図２は細胞破砕装置の一実施例を示す斜視図である。
【００１５】
図１において、細胞破砕装置１の筐体２２内にはスクリュー軸４を駆動するためのモータ２が内蔵されており、破砕部３は筐体２２に着脱自在に装着され、破砕部３を構成する収納筒７内部にはスクリュー軸４が回転可能に配置されており、さらに、収納筒７の排出口２１側にはスクリュー軸４と一緒に回転するよう配置された回転刃５が保持されている。
【００１６】
さらにその回転刃５に対向するよう設けられた多孔穴６ａを有する固定刃６が固定刃ホルダ２０と図示されていない回転防止部材によって回転できないよう取付けられている。さらに、収納筒７には、破砕部３に動物の心臓等の平滑筋を含む組織あるいは骨等の硬い組織等を凍結させた生体組織片を連続的に投入するための供給口８が設けられている。
【００１７】
本実施例ではスクリュー軸４はモータ２の回転軸に過負荷検出器９を介して着脱自在に嵌合するように設置されている。図３は図１のＡ−Ａ断面図である。スクリュー軸４は排出口２１に向かって軸径が徐々に大きくなる構造であり、スクリュー軸４を保持する収納筒７内部にはスクリュー軸４の回転軸方向に複数の溝１２が形成されている。
【００１８】
上記構成において、細胞破砕装置１の図示しないスイッチをＯＮするとモータ制御部１０からの出力によりモータ２が駆動して、スクリュー軸４および回転刃５が回転する。
図４において、細胞破砕装置１に投入された凍結した生体組織片１１はスクリュー軸４と収納筒７とで構成される隙間に入り、スクリュー軸４が回転すると凍結した生体組織片１１はスクリュー羽根４ａに押され、複数の溝１２に沿って排出口２１へ送られる。スクリュー軸４と収納筒７との隙間は徐々に小さくなり、液体窒素等で凍結した生体組織片１１は圧縮力を受け、図４のａからｄにおける過程を経て細かく砕かれながら回転刃５の方向へ押出される。
【００１９】
収納筒７内部に形成された回転軸方向の複数の溝１２は、凍結した生体組織片１１がスクリュー軸４の回転とともに円周方向に動くことを抑制する働きと、凍結した破砕された生体組織片１１を排出側へ送りだす案内溝としての機能を有する。
【００２０】
排出口２１の方向へ押出される破砕された凍結した生体組織片１１は回転刃５と固定刃６の多孔穴６ａでさらに細かく破砕され、生体組織は凍結したまま、或は、シャーベット状の状態で、排出口２１から破砕部３外に排出される。
【００２１】
図５において、非常に硬い組織（例えば骨など）を含む生体組織片１１が装置に投入され、スクリュー軸４と収納筒７が作りだす圧縮力にも耐えるような場合、モータ２には過剰な負荷が加わり、過負荷検出器９からの信号が出力される。過負荷検出器９からの信号を受けて、モータ制御部１０は直ちにモータ２の回転を停止し、スクリュー軸４は図５ａに示される位置で停止する。
【００２２】
その後、図５ｂに示す矢印のようにスクリュー軸４を回転させるために、モータは逆に回転する。逆に回転することにより、スクリュー軸４と収納筒７との隙間は大きくなり、硬い組織を含む生体組織片１１はその隙間で位置および向きを変化させる。
【００２３】
動植物等の生体組織は機械的な強度（例えば、引張り強度や圧縮強度）に対して方向性依存性が大きく、力を加える方向を変えることにより小さな力で、破砕することが出来る。生体組織片１１の向きを変えた後、再度モータ２を正回転させると図５ｃから図５eに示すように硬い組織を含む生体組織片１１でも細かく砕かれることが可能となる。
【００２４】
図６は、過負荷検出後にモータを逆回転させるタイミングを示しており、過負荷検出器９として、モータの回転速度を検出する方法を用いた場合を示している。また、別の方法の過負荷検出器９として、ひずみゲージを用いた場合の検出する方法も合わせて記載している。
【００２５】
通常の破砕状態体では、モータの回転速度はほぼ一定の回転速度で運転している。しかし、図５ｂに示すように生体組織片１１により、スクリュー軸４の回転が著しく低下した場合、またはロック状態になるとスクリュー軸４を回転駆動しているモータ２に過負荷が加わり、モータの回転は押さえられ、回転速度が予め決められた値以下になると過負荷検出器９の信号がＯＮとなる。この信号を受けて、モータ制御部１０はモータ２の回転を停止し、その後、予め決められた回転速度と時間で逆回転を行う。逆回転が終了したら、再度正回転でモータを運転する。また、逆回転は回転数（例えば１乃至２回転）でも良い。
【００２６】
また過負荷を検出する手段は、モータの駆動電流を検出する方法でも良い。過負荷が加わるとモータの回転は押さえられ駆動電流が増加する。これを検出し、過負荷検出器９の信号出力をＯＮとすることにより、同様の効果を得ることが出来る。
【００２７】
さらに、過負荷を検出する手段としてひずみゲージの出力を用いても良く、例えばモータ軸にひずみゲージを配置し、図５ｂに示すように生体組織片１１により、スクリュー軸４の回転が著しく低下した場合、またはロック状態になるとスクリュー軸４とモータ軸の間でねじりトルクが発生し、ひずみゲージからの出力が大きくなる。予って、図６に示すようにひずみゲージの出力が予め決められた値（閾値）を超えたときに信号出力をＯＮとすることで同様の効果が得られることが出来る。
【００２８】
また、ひずみゲージを配置する位置はモータ軸でなくても良く、スクリュー軸４とモータ軸の間でねじりトルクが発生すると、モータ２自体がモータ回転軸を中心に回転しようとするので、この回転しようとする力を検出できるような位置に配置すれは良く、例えばモータを支持する脚部でも良く、さらに筐体２２とモータ２との間に、モータ回転軸上に配置された支持軸でも良い。
【００２９】
図７は、モータ２の逆回転を数回行う場合の実施例を示している。
定常状態でｔ１時間運転後に、破砕されなかった生体組織片１１により、モータの回転速度が予め決められた回転速度以下に低下し、過負荷検出器９から第一回目のＯＮ信号が出力される。このＯＮ信号を受けモータ制御部１０は、モータの回転を停止させた後に、予め決められた回転速度と時間（Ｔ１時間）だけモータを逆回転させる。逆回転が終了したら、モータ２は再度正回転で運転する。
【００３０】
その後再度、過負荷検出器９から第二回目のＯＮ信号が出力された場合は、この信号を受け、モータ制御部１０は、モータを停止するとともに第一回目のＯＮ信号と第二回目のＯＮ信号との間隔をｔ２時間とし、ｔ１とｔ２を比較する。比較の結果、ｔ２がｔ１よりも短い時間の場合は、モータ２の逆回転による生体組織片１１の向きの変化が少ないため、同一方向に圧縮力を加えていることが考えられ、破砕処理が全く進行しない不具合となる。
【００３１】
そこで、モータ制御部１０はモータの逆回転時間をＴ１時間よりも長いＴ２時間だけモータを逆転運転するよう制御し、生体組織片１１の向きを大きく変化させることができ、再度の正回転により生体組織片１１を破砕できる可能性が向上する。
【００３２】
さらに、過負荷検出器９から第三回目のＯＮ信号が出力された場合は、モータ制御部１０はモータ２を停止するとともに、第二回目のＯＮ信号と第三回目のＯＮ信号との間隔をｔ３時間とし、ｔ２よりもｔ３が短い場合はモータの逆回転時間をＴ２時間よりも長いＴ３時間だけモータを逆転運転するよう制御する。
このような制御をすることにより、生体組織片１１の向きをさらに大きく変化させることができ、破砕処理の進行停止を防止することが出来る。
【００３３】
図８において、過負荷検出の時間間隔と逆転時間の関係を示す。過負荷検出の時間間隔が短くなるに従い逆転時間は指数関数的に増加させることで破砕処理の進行停止を防止することが出来る。例えば、過負荷検出の時間間隔がｔ１の場合のモータ逆転時間はＴ１となり、過負荷検出の時間間隔がｔ３の場合のモータ逆転時間はＴ３となる。あるいは、図９に示すように数種類の逆転時間を前もって設定し、過負荷検出の時間間隔が短くなるに従い逆転時間は階段状に増加させても良い。
【００３４】
また、過負荷検出の時間間隔ではなくて、一定時間内の過負荷検出の回数によりモータを逆転させる時間を変化させても同様の効果を得られる。図１０において一定時間内の過負荷検出回数がｎ回を数えた場合は、モータ２の逆回転による生体組織片１１の向きの変化が少ないか全くないため、同一方向に圧縮力を加えて続けていることが考えられ、破砕処理が全く進行しない不具合と判断できる。
【００３５】
このような場合は前回の逆転時間よりも長い時間モータ２の逆回転を行うことで生体組織片１１の向きを前回よりも大きく変化させることができ、再度の正回転により生体組織片１１を破砕できる可能性が向上する。図１１において検出回数の増加に従い逆転時間を増加させることで破砕処理の進行停止を防止することが出来る。
【００３６】
さらに、過負荷検出の間隔が予め決められた時間より短くなった場合、または一定時間内に過負荷検出の回数が予め決められた回数に達した場合は、モータ制御部１０は生体組織片の破砕が不可能と判断し、スクリュー軸４を駆動しているモータ２を停止するとともに、モータ２が生体組織片の破砕ができず過負荷によって停止していることを、図示されていないランプ等の表示器によって表示する。
【００３７】
このような構成とすることで、凍結した生体組織片はごく短時間に確実に粉砕されるので破砕時の熱による影響は最小限に抑えられ、かつ回転式ホモジナイザーと比較して生体組織片が高速で回転する回転刃によって傷つけられることもなく、また摩擦熱によるタンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の熱に弱い物質の変質による回収率の低下や分子量の大きいタンパク質等の抽出のよう場合おいても、タンパク質等の回収物を傷つけることが少なくなり、生体組織抽出率の飛躍的な上昇につながった。例えば人肝臓からのミクロゾーム抽出に用いた場合、このミクロゾームが薬物を代謝する能力は、従来法で抽出したものに比べ数％向上する結果を得られた。さらに従来の細胞破砕装置では、連続的に生体組織片投入し、破砕することはできなかったが、本発明では連続的に生体組織片等の試料を供給口８より投入することも可能で、従来の細胞破砕機と比較し大幅な処理量の増加が達成でき、製薬企業等の工業的利用が可能となった。
さらに、本発明のモータ制御をすることにより、モータの小型化が図れるので、破砕装置を小型化することができ、持運びすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例を示す細胞破砕装置の構造および部品構成を説明する側面図である。
【図２】本発明の一実施例を示す細胞破砕装置の斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による細胞破砕装置のＡ―Ａ断面図である。
【図４】Ａ―Ａ断面における凍結した生体組織片の破砕する様子を示す図である。
【図５】Ａ―Ａ断面における凍結した生体組織片の破砕する様子を示す図である。
【図６】過負荷によりモータを逆回転させるタイミングを示す図である。
【図７】過負荷によりモータを逆回転させる時間の変化を示す図である。
【図８】過負荷検出間隔とモータ逆転時間の関係を示す図である。
【図９】過負荷検出間隔とモータ逆転時間の関係を示す図である。
【図１０】過負荷の検出回数によりモータを逆回転させる時間の変化を示す図である。
【図１１】過負荷の検出回数とモータ逆転時間の関係を示す図である。
【図１２】従来の細胞破砕装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  細胞破砕装置１、２  モータ、３  破砕部、４  スクリュー軸、４ａスクリュー羽根、５  回転刃、６  固定刃、６ａ  多孔穴、７  収納筒、８  供給口、９過負荷検出器、１０  モータ制御部、１１  凍結した生体組織片、１２  溝、２０  固定ホルダ、２１  排出口、２２  筐体
【図１】
2005131475.tif 000003
【図２】
2005131475.tif 000004
【図３】
2005131475.tif 000005
【図４】
2005131475.tif 000006
【図５】
2005131475.tif 000007
【図６】
2005131475.tif 000008
【図７】
2005131475.tif 000009
【図８】
2005131475.tif 000010
【図９】
2005131475.tif 000011
【図１０】
2005131475.tif 000012
【図１１】
2005131475.tif 000013
【図１２】
2005131475.tif 000014