JPH0628599B2 - 多試料微生物活性測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、カビ、バクテリヤなどの各種微生物および
それらを含む土壌、食品などにおける微生物の生化学的
代謝活動に伴う熱変化を検出する多試料生物活性測定装
置に関する。

従来の技術 薬剤作用の検定、食品の腐敗、土壌環境中の有機物の分
解性など、微生物活性の定量を必要とする系において、
実際にそれを計測しようとする場合、いろいろな条件が
要求される。この内、イ）薬剤濃度などの計測条件が広
範囲に選べるように多くの試料を同時に測定できるこ
と、ロ）液体状態だけでなく、固体あるいは固体と液体
が共存するような不均一な状態の試料においても測定で
きること、ハ）試料の状態を損なわずに非破壊的、非接
触的に測定できること、の３つの条件を同時に充足する
方法が未だ出現していない。

そして従来このような微生物活性を測定する装置として
は、 (1)光学的検出装置、 (2)インピーダンスを計測す
る電気的装置、及び(3)微生物コロニー数を計測する寒
天培地培養装置等をあげることができる。

発明が解決しようとする課題 ところで、前記した(1)の光学的検出装置は、余り広い
範囲の微生物濃度で測定できないのに加えて、透明度の
高い液体試料にしか使用できず、(2)の電気的装置は、
電気的性質を検知できるきわめて限られた条件にしか使
用できず、さらに(3)の寒天培地培養装置は、一定時間
培養したときの静的な状態を観測しているにすぎず、培
養時間を変えて測定すると異った結果がでるというよう
な問題がある。

そのうえこれらの装置(1)(2)(3)は、いずれも食品、土
壌などのような不均一な試料において、本来微生物が生
息する状態を保持したまま非破壊的に計測するのは不可
能であるという問題があった。

そこでこの発明の発明者は、このような従来の測定装置
のもつ問題を解決するのに、代謝反応に基く熱変化（代
謝熱）の検出を原理として採用することを思いたち、そ
れに基いてこの発明を完成した。

そもそも代謝熱は細胞内の生化学的反応におけるエンタ
ルピー変化に対応するものであり、細胞代謝活性に完全
に比例し、したがって、微生物活性をもっとも忠実に反
映しており、計測できる微生物濃度範囲がきわめて広
い。また「熱」はあらゆる物理量のなかでもっとも透過
性が高く、どのような媒体をも通過することができるた
め、試料の状態を損なわずに、非接触的に検出すること
が可能であり、完全に非破壊的立場での計測が可能であ
る。このことは、液体状態の試料はもとより土壌や食品
など、試料の状態や形状による測定の制限が全くないこ
とを意味している。さらに、検出がアナログ値として得
られ、しかも経時変化の測定が可能なため、計算機によ
る高度な解析に向いている。

そこでこの発明の目的は、前記のような原理を採用して
従来の各種の測定装置のもつ前記のような問題を解決
し、試料の固体差によるばらつきを軽減し、測定の効率
を大幅に向上させることのできる測定装置を提供するこ
とである。

課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、断熱材製箱
体と蓋体とを有する装置本体内に高熱伝導性材からなる
恒温槽を配置し、この恒温槽の中に高熱伝導性材からな
るブロックで構成されている恒温容器を配置し、この恒
温容器のほぼ中心に対照熱測定セルユニットを、さらに
この対照熱測定セルユニットを包囲する位置に、複数の
試料熱測定セルユニットをそれぞれ穿設し、これらの対
照熱測定セルユニット及び試料熱測定セルユニットの内
底部には、下端に熱電対を具えた試料皿を配設し、これ
らの試料皿に試料容器が載置され、前記熱電対は下端面
が恒温容器によりその温度に維持され、上端面が試料容
器内の温度変化を捉えるようになっていることを特徴と
するものである。

作 用 前記のようなこの発明の多量試料微生物活性測定装置に
おいて、微生物細胞を含む液体、気体、固体及びこれら
の混合物よりなる試料は、それぞれ異る熱測定セルユニ
ット内に配置されて、相互に熱的な影響を受けることな
く、同時にその熱変化が検出され、それによって前記原
理のもとに微生物の活性が測定される。

実施例 この発明を図面に示す実施例を参照しながら説明する。

第１図においてこの発明の実施例は、平面上に１個の対
象熱測定セルユニットならびに16個の試料熱測定セルユ
ニットの計17個の熱測定セルユニットを配置した恒温容
器11を有するものとなっている。ここで１はこの発明に
関わる多試料微生物活性測定装置の本体であって、本体
１は外蓋２を有する箱体３を具え、これらの外蓋２およ
び箱体３は断熱材による保護処理が施されている。箱体
３の内部には内蓋４を有する熱伝導性の高い導製等の恒
温槽５が収容され、この恒温槽５の外周に導製等のパイ
プ６がスパイラル状に巻かれ、さらにパイプ６を被覆す
るように熱伝導セメント層７が形成されている。パイプ
６はその一端が図示しない恒温水循環槽の供給パイプ８
に接続され、他端が返送パイプ９に接続され、パイプ６
内に恒温水を循環させることにより恒温槽５を所定温度
に維持するようにしている。10は中間蓋である。

恒温容器11は恒温槽５内に収容されて、この恒温槽５に
よって所定温度に維持されるようになっており、この恒
温容器１１は熱伝導性が高いアルミニウム等のブロック
で構成されている。恒温容器11には第２図に示すように
平面でみてほぼ中心位置に対照熱測定セルユニットＲが
穿設され、さらに対照熱測定セルユニットＲを包囲する
位置に、相互の最近接間隔が５mmもしくはそれ以上の距
離であるように複数（この例では16個）の試料熱測定セ
ルユニッＳ１〜Ｓ16が穿設されている。対照熱測定セル
ユニットＲを含む全ての熱測定セルユニットは、最近接
の３個のセルユニットの中心が正三角形の頂点もしくは
できるだけそれに近い位置になるよう配置され、したが
って、セル間の隔壁が最小５mmであり、なおかつ一定平
面で最密充填になる構造をとっている。12はセルユニッ
トの蓋である。

試料熱測定セルユニットＳ１〜Ｓ16および対照熱測定セ
ルユニットＲの内底部には、下端に熱電対13を具えた試
料皿14が配設され、各熱電対13は下端面が恒温容器11に
よりその温度に維持され、上端面が試料皿14に載置され
た試料容器15内の温度変化を捉えるようになっている。

各熱電対13は上下端面の温度差にもとづく熱起電力に応
じた信号を直流増幅器16に送り、さらにマルチプレキサ
ー機能を有するアナログ・デジタル変換インターフェー
ス17を介してマイクロコンピューター18に取り込まれる
ようになっている。これらの信号は対照熱測定セルユニ
ットＲ内の熱電対の起電力と試料熱測定セルユニットＳ
１〜Ｓ16内の熱電対の起電力との差、すなわち各試料が
示す温度変化を、コンピューターにプログラムされた任
意の時間間隔でマルチプレキサーの働きにより順次フロ
ッピーディスク19に貯えられるとともにＣＲＴ画面20上
に表示されるようになっている。フロッピーディスク19
に貯えられたデーターは、あらかじめプログラムされた
計算式に従い、熱伝導により失われた熱量を補正して微
生物増殖に伴う真の熱生成量を得るとともに、それを増
殖関数にあてはめ、増殖速度定数や薬剤作用定数などの
生化学合パラメーターを演算して求めるようになってい
る。

次に上記のものの作用を使用状態とともに説明する。

パイプ内６に所定温度の恒温水を循環させ、恒温槽５を
その温度に維持し、熱伝導により恒温容器11全体をその
温度に維持させる。

測定試料を入れ、あらかじめ恒温容器11と同じ温度に維
持しておいた16個の試料容器15を試料熱測定セルユニッ
トＳ１〜Ｓ16内に挿入し、また、対照熱測定セルユニッ
トＲ内に、基準対照物質、例えば一定量の流動パラフィ
ンを入れた試料容器を挿入する。このようにして試料を
セットして、ある時間が経過すると、各試料中に含まれ
ている微生物細胞の増殖あるいは細胞内代謝反応により
微小な熱変化が起こり始め、その変化は試料熱測定セル
ユニットＳ１〜Ｓ16内における試料と、対照測定セルユ
ニットＲ内における基準物質との温度差としてフロッピ
ーディスク19に貯えられ、またＣＲＴ画面20上に表示さ
れる。

各試料熱測定セルユニットＳ１〜Ｓ16内の試料は、互い
に隣接するもの同志が熱変化に影響しあうが、厚みが最
低５mmの金属隔壁の存在によって、上の影響が排除され
ることが実験的に確められた。

なお、上記実施例における恒温水循環系は空気恒温槽に
よっても置き換えられる。すなわち、箱体３そのものが
空気恒温槽を構成し、恒温容器11が恒温に保たれる構造
のものである。その場合、恒温槽５およびそれに付随す
るパイプ６等は不要となる。

また、熱測定セルユニットの数は上記実施例のように17
個に限ることはなく、18個あるいは特許請求の範囲の要
件を満たすそれ以上の複数個とすることができる。

第３図、第４図は恒温容器11の変形例を示す。第３図の
恒温容器11は平面上に36個の試料熱測定セルユニットを
配置したものである。また、第４図の恒温容器は平面に
18個の試料熱測定セルユニットを含む恒温容器11，1
1′，11″をさらに垂直方向に３段積み上げた構成で、
計54個の試料熱測定セルユニットを有するものである。

発明の効果 この発明では前記のようであって、恒温に維持された恒
温容器のなかに、生物細胞内代謝反応に伴う微小な熱変
化を計測するための熱測定セルユニットを複数個配置
し、これらの熱測定セルユニットの中に配置した微生物
細胞を含む試料の熱変化を相互に影響することなく同時
に検出するようになっており、隣接熱測定セルユニット
内の試料の熱変化が相互に影響されることなく測定セル
ユニットごとに正確に測定され、したがって各測定セル
ユニットごとの各異る試料につき一度にその熱変化を検
出することができて、短時間のうちに多くの試料微生物
の活性を正確に検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の縦断面図、第２図は同上の
恒温容器の１例の平面図、第３図は同他の例の平面図、
第４図（Ａ）は同さらに他の例の平面図、（Ｂ）はその
縦断正面図である。 １……熱量計本体、３……箱体 ５……恒温槽、11……恒温容器 13……熱電対、14……試料皿 15……試料容器、18……マイクロコンピューター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断熱材製箱体と蓋体とを有する装置本体内
   に高熱伝導性材からなる恒温槽を配置し、この恒温槽の
   中に高熱伝導性材からなるブロックで構成されている恒
   温容器を配置し、この恒温容器のほぼ中心に対照熱測定
   セルユニットを、さらにこの対照熱測定セルユニットを
   包囲する位置に、複数の試料熱測定セルユニットをそれ
   ぞれ穿設し、これらの対照熱測定セルユニット及び試料
   熱測定セルユニットの内底部には、下端に熱電対を具え
   た試料皿を配設し、これらの試料皿に試料容器が載置さ
   れ、前記熱電対は下端面が恒温容器によりその温度に維
   持され、上端面が試料容器内の温度変化を捉えるように
   なっていることを特徴とする多試料微生物活性測定装
   置。