特開 2024-133818 濾過装置及び採取方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024133818

(43)【公開日】2024-10-03

(54)【発明の名称】濾過装置及び採取方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/04 20060101AFI20240926BHJP

   B01D 35/02 20060101ALI20240926BHJP

   G01N 1/14 20060101ALI20240926BHJP

   F04B 53/16 20060101ALI20240926BHJP

   G01N 1/10 20060101ALI20240926BHJP

   C02F 1/00 20230101ALN20240926BHJP

【ＦＩ】

G01N1/04 H

B01D35/02 B

G01N1/14 F

F04B53/16 A

G01N1/10 B

C02F1/00 V

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043793

(22)【出願日】2023-03-20

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、独立行政法人環境再生保全機構 環境研究総合推進費「深海生物相の画像解析によるモニタリング法及びサンプリング法の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504194878

【氏名又は名称】国立研究開発法人海洋研究開発機構

(71)【出願人】

【識別番号】523099404

【氏名又は名称】増田 殊大

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128107

【弁理士】

【氏名又は名称】深石 賢治

(72)【発明者】

【氏名】藤原 義弘

(72)【発明者】

【氏名】土田 真二

(72)【発明者】

【氏名】河戸 勝

(72)【発明者】

【氏名】吉田 尊雄

(72)【発明者】

【氏名】増田 殊大

【テーマコード（参考）】

2G052

3H071

4D116

【Ｆターム（参考）】

2G052AA06

2G052AB20

2G052AC05

2G052AD09

2G052BA22

2G052CA02

2G052CA12

2G052EA04

2G052HA15

2G052HC38

3H071AA01

3H071BB01

3H071CC33

3H071DD83

3H071EE07

4D116AA30

4D116BB01

4D116BC27

4D116KK04

4D116QB43

4D116QC02A

4D116QC06

4D116QC22A

4D116UU11

4D116VV07

4D116VV10

4D116VV30

(57)【要約】

【課題】 高圧の液体中で用いることができ、かつサイズを小さくすることができる濾過装置を提供する。
【解決手段】 濾過装置１は、液体中で当該液体を吸い込んで吐出するポンプ１０と、ポンプ１０によって吐出された液体を濾過する濾材２０と、ポンプ１０を収容すると共に均圧構造となっているポンプユニット３０とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体中で当該液体を吸い込んで吐出するポンプと、
前記ポンプによって吐出された液体を濾過する濾材と、
前記ポンプを収容すると共に均圧構造となっているポンプユニットと、
を備える濾過装置。

【請求項2】

前記ポンプは、ピストンポンプである請求項１に記載の濾過装置。

【請求項3】

前記ポンプユニットは、前記ポンプを収容する筐体を有しており、当該筐体内に樹脂が充填されていることで均圧構造となっている請求項１又は２に記載の濾過装置。

【請求項4】

前記樹脂は、絶縁樹脂である請求項３に記載の濾過装置。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の濾過装置のポンプユニットを、環境ＤＮＡが存在する環境における液体の中に配置して、当該濾過装置によって当該液体を濾過して当該環境ＤＮＡを採取する採取方法。

【請求項6】

前記環境ＤＮＡが存在する環境における液体の中は、海中である請求項５に記載の採取方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、濾過装置及び当該濾過装置を用いた採取方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、海水を濾過する濾過装置が知られている。例えば、特許文献１には、船舶に設けられる濾過装置が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２０７７９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

海水の濾過によって、海中に存在する環境ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）を採取することが考えられる。環境の負荷及び汚染（コンタミネーション）の低減の観点から、海水の濾過は、海中で行われることが望ましい。深海において海水を濾過するためには、濾過装置を深海に配置する必要がある。そのため、特許文献１に示される船舶に設けられる濾過装置を用いることができない。

【0005】

深海において濾過装置を動作させるため、濾過装置の主要部分を耐圧構造にすることが考えられる。しかしながら、主要部分を耐圧構造とすることで、サイズが大きくなり、非常に重くなる。例えば、４０ｋｇ以上の重さとなってしまう。また、主要部分が耐圧構造であるため、大深度化できない。例えば、最大使用深度は７０００ｍまでとなる。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、高圧の液体中で用いることができ、かつサイズを小さくすることができる濾過装置及び当該濾過装置を用いた採取方法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】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明に係る濾過装置は、液体中で当該液体を吸い込んで吐出するポンプと、ポンプによって吐出された液体を濾過する濾材と、ポンプを収容すると共に均圧構造となっているポンプユニットと、を備える。

【0008】

本発明に係る濾過装置は、ポンプユニットが均圧構造となっていることで、高圧の液体中で用いることができ、かつサイズを小さくすることができる。

【0009】

ポンプは、ピストンポンプであることとしてもよい。この構成によれば、適切かつ確実に、濾過装置を高圧の液体中で用いることができ、かつサイズを小さいものにすることができる。

【0010】

ポンプユニットは、ポンプを収容する筐体を有しており、当該筐体内に樹脂が充填されていることで均圧構造となっていることとしてもよい。この構成によれば、適切かつ確実にポンプユニットの均圧構造を実現することができる。その結果、適切かつ確実に本発明を実施することができる。

【0011】

樹脂は、絶縁樹脂であることとしてもよい。この構成によれば、例えば、電気で動作するポンプを用いる場合に、適切かつ確実に濾過装置を動作させることができる。

【0012】

本発明に係る採取方法は、上記の濾過装置のポンプユニットを、環境ＤＮＡが存在する環境における液体の中に配置して、当該濾過装置によって当該液体を濾過して当該環境ＤＮＡを採取する方法である。環境ＤＮＡが存在する環境における液体の中は、海中であることとしてもよい。この構成によれば、例えば、環境の負荷及び汚染の低減の観点から、深海の環境ＤＮＡを適切に採取することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、高圧の液体中で用いることができ、かつサイズを小さくすることができる濾過装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る濾過装置を模式的に示す図である。

【図2】濾過装置に含まれるポンプユニットの内部を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面と共に本発明に係る濾過装置及び採取方法の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

【0016】

図１に本実施形態に係る濾過装置１を模式的に示す。濾過装置１は、液体中で用いられ、当該液体を濾過する装置（システム）である。濾過装置１による濾過対象の液体は、例えば、水、更に具体的には、海、河川、湖等の水（環境水）である。本実施形態では、濾過装置１は、海水を濾過するものとして説明する。但し、濾過装置１による濾過対象の液体は、水以外の任意の液体でよい。濾過装置１は、濾過対象の液体がある環境、例えば、海中で当該液体を直接濾過する。即ち、濾過装置１は、濾過対象の液体がある環境から液体をくみ上げることなく、例えば、海から海水をくみ上げることなく、液体を濾過する。

【0017】

濾過装置１は、例えば、海中で用いられ、海水を濾過して、海中に存在する環境ＤＮＡの採取に用いられる。海水の濾過によって、濾過装置１に含まれる濾材に、濾物として環境ＤＮＡが残ることで、環境ＤＮＡを採取することができる。濾過装置１は、環境ＤＮＡ以外の採取に用いられてもよい。濾過装置１は、採取以外の目的で用いられてもよい。

【0018】

本実施形態に係る濾過装置１は、深海での利用も想定されるものである。即ち、濾過装置１は、深海での環境ＤＮＡの採取を行い得るものである。後述するように濾過装置１は、深海等の高圧の環境下でも利用可能な構成を有する。例えば、濾過装置１は、水深約１１０００ｍでのフルデプスでの大量濾過を可能な構成を有する。

【0019】

引き続いて、本実施形態に係る濾過装置１の構成を説明する。濾過装置１は、ポンプ１０と、濾材２０と、ポンプユニット３０とを備える。ポンプ１０は、液体中で当該液体を吸い込んで吐出する装置である。ポンプ１０は、ピストンポンプであってもよい。濾材２０は、ポンプによって吐出された液体を濾過する部材である。ポンプユニット３０は、ポンプ１０を収容すると共に均圧構造となっているユニットである。ポンプユニット３０は、ポンプ１０を収容する筐体を有しており、当該筐体内に樹脂が充填されていることで均圧構造となっていてもよい。樹脂は、絶縁樹脂であってもよい。

【0020】

具体的には、濾過装置１は、図１に示す構成を取る。濾過装置１は、濾過対象の海水を吸い込んで吐出し、吐出した海水を濾過する。濾過装置１は、濾過対象の海水を吸い込んで吐出するための構成としてポンプ１０を備える。濾過装置１は、ポンプ１０を収容するポンプユニット３０を備える。図２に、ポンプユニット３０の内部を模式的に示す。

【0021】

ポンプ１０は、例えば、電力によって動作するピストンポンプ（ソレノイドポンプ、パルスポンプ）である。ポンプ１０としては、環境ＤＮＡの採取の行いやすさから、低流量かつ吐出圧力の高いものを用いてもよい。ポンプ１０として用いられるピストンポンプは、従来のものを用いることができる。図２に示すように、ポンプ１０は、シリンダー１１と、ピストン１２と、ばね１３と、電磁石１４とを備える。シリンダー１１には、液体Ｌの流路が設けられている。液体Ｌの流路に繋がっているシリンダー１１の内部には、ピストン１２及びばね１３が設けられる。シリンダー１１の外部に設けられた電磁石１４によってばね１３が動作し、これによってばね１３に接続されたピストン１２が往復運動する。ピストン１２の往復運動によって、濾過対象の液体Ｌが吸い込まれ、吸い込まれた液体Ｌが押し出されて吐出される。ポンプ１０には、電力を供給するためのケーブルが接続されている。例えば、ポンプ１０に供給される電力は、ＡＣ（交流）１００Ｖの電圧による電力である。

【0022】

ポンプユニット３０は、ポンプ１０を収容する筐体３１を有している。図１及び図２に示すように、ポンプユニット３０の筐体３１内には、流量計４１が設けられていてもよい。筐体３１は、例えば、ポンプ１０及び流量計４１を収容できる容積を有する樹脂製の箱型のものであってもよい。筐体３１には、ポンプ１０が吸い込む海水が流入する開口と、ポンプ１０が吐出する海水が流出する開口とが設けられる。

【0023】

ポンプユニット３０の内部において、流量計４１は、ポンプユニット３０の海水が流入する開口とポンプ１０との間に設けられる。流量計４１は、ポンプ１０が、吸い込んで吐出する海水の流量を測定する。流量計４１には、測定した流量を示す流量信号Ｆを出力するためのケーブルが接続されている。流量計４１は、従来のものを用いることができる。なお、濾過装置１は、流量計４１を備えていなくてもよい。

【0024】

ポンプユニット３０は、深海等の高圧の液体中でもポンプ１０が動作するように均圧構造とされる。例えば、ポンプユニット３０の筐体３１内に液状の硬化性樹脂を流し込んで筐体内で硬化させ、筐体３１内に樹脂３２が充填されていることで均圧構造としてもよい。即ち、樹脂包埋によってポンプユニット３０を均圧化する。ポンプユニット３０の均圧化に用いられる樹脂は、例えば、絶縁性のエポキシ樹脂である。絶縁性の樹脂を用いることで、当該樹脂を均圧化のためだけではなく、モールディングのために用いることができる。これによって、電力で動作するポンプ１０及び流量計４１を適切に動作させることができる。

【0025】

なお、ポンプユニット３０の均圧化に用いられる樹脂は、エポキシ樹脂以外のものであってもよい。また、用いるポンプ１０及び流量計４１によっては、絶縁樹脂以外の樹脂が用いられてもよい。また、ポンプユニット３０の均圧化は、上記以外の構成によって行われてもよい。均圧構造とすることで耐圧構造とする場合と比べて、ポンプユニット３０の軽量化及び大深度化を図ることができる。

【0026】

ポンプユニット３０のポンプ１０が吐出する海水が流出する開口には、濾材２０が接続される。例えば、図１に示すように、当該開口には、ポンプ１０から吐出された海水を濾材２０に送るための継手４２が接続される。継手４２には、濾材２０が接続されている。濾材２０としては、深海等の高圧化で利用可能な従来の濾過用のカードリッジ（カードリッジフィルター）を用いることができる。濾過用のカードリッジとしては、環境ＤＮＡの採取の行いやすさから、メッシュサイズが小さいものを用いてもよい。但し、濾材２０は、それ以外の任意の濾材が用いられてもよい。また、継手４２としては、深海等の高圧化で利用可能な従来の継手を用いることができる。但し、濾過装置１には、継手４２が設けれている必要はなく、ポンプユニット３０の開口に濾材２０が直接接続されていてもよい。

【0027】

図１に示すように、濾過装置１は、ポンプユニット３０に接続されるコントロールユニット５０を備える。コントロールユニット５０は、コントローラー５１と、バッテリー５２とを含む。コントロールユニット５０は、筐体を有している。当該筐体内に、コントローラー５１と、バッテリー５２とが配置される。

【0028】

コントローラー５１は、ポンプ１０に接続されており、ポンプ１０を制御する。例えば、コントローラー５１は、タイマーによって、ポンプ１０の動作時間を制御し、濾過の開始時間及び終了時間（即ち、濾過時間及び濾過間隔）を制御する。ポンプ１０の動作時間、即ち、濾過の開始時間及び終了時間は、予め設定されてコントローラー５１に記憶されていてもよい。また、繰り返し濾過が行われるようにされてもよい。また、コントローラー５１は、流量計４１に接続されており、流量計４１から、測定された流量を示す流量信号を受信し、濾過量を濾過時間と共に記録してもよい。コントローラー５１としては、機器の制御に用いられる従来のコンピュータを用いることができる。

【0029】

バッテリー５２は、ポンプ１０、流量計４１及びコントローラー５１に接続されており、これらに動作するための電力を供給する装置である。バッテリー５２としては、従来のバッテリーを用いることができる。

【0030】

通常、コントロールユニット５０は、ポンプユニット３０と同様に深海等の高圧の液体中に配置される。そのため、コントロールユニット５０も、高圧の液体中でも耐え得る構成とされる。例えば、コントロールユニット５０は、従来の耐圧構造とされる。なお、コントロールユニット５０は、濾過装置１の主要部分ではないため、コントロールユニット５０を耐圧構造にしたとしても、濾過装置１全体としては、深海等で利用に支障がでるほどに大型化することはない。また、コントロールユニット５０を、ポンプユニット３０と同様に均圧構造としてもよい。但し、コントロールユニット５０の均圧構造は、ポンプユニット３０の均圧構造と別の均圧構造であってもよい。

【0031】

ポンプ１０等を動作させる又は制御する構成としては、必ずしも上記のコントロールユニット５０の構成を取る必要はなく、ポンプ１０等を動作させることができれば、任意の構成を取ってもよい。以上が、本実施形態に係る濾過装置１の構成である。

【0032】

引き続いて、本実施形態に係る濾過装置１の利用方法を説明する。ここでは、海中に存在する環境ＤＮＡの採取に利用する場合の例を説明する。即ち、本実施形態に係る環境ＤＮＡの採取方法を例として、濾過装置１の利用方法を説明する。

【0033】

濾過装置１は、濾過を行う場所、例えば、海底等の海中に設置される。濾過を行う場所である海中は、環境ＤＮＡが存在する環境における液体が存在する場所である。例えば、濾過装置１は、フリーフォール型の海中設置機器（例えば、ランダー又はベイトカメラ）に搭載されて、海底に設置される。あるいは、濾過装置１は、有人潜水調査船又は無人探査機等に搭載されて、海中に設置される。通常、濾過装置１の構成であるポンプ１０を含むポンプユニット３０、濾材２０及びコントロールユニット５０の全てが海底等の海中に設置される。但し、海中で濾過をする上では、濾過装置１の構成のうち少なくともポンプユニット３０が海中に設置されればよい。

【0034】

海中に設置された濾過装置１では、ポンプユニット３０のポンプ１０が海水を吸い込んで吐出し、吐出された海水が濾材２０を経由して排出される。その際、海水が濾材２０によって濾過される。海水の濾過によって、濾材２０に海水に含まれていた環境ＤＮＡが濾物として残る。濾過後、濾過装置１は海中から回収される。濾過装置１の回収後、濾材２０に付着した環境ＤＮＡは、環境ＤＮＡ固定試薬等で固定されてもよい。固定により、環境ＤＮＡを長期間、安定して保管することができる。これによって環境ＤＮＡの採取が外洋域で行われる場合等、陸上の実験室に持ち帰るまでの時間が長期に及ぶ場合でも、問題なく環境ＤＮＡ解析を行うことができる。このように得られた環境ＤＮＡは、魚類を含む深海生物の多様性解析等に利用可能である。

【0035】

上記の例は、環境ＤＮＡの採取を目的として濾過装置１を利用する例であったが、それ以外の目的で濾過装置１を利用してもよい。その場合も、濾過装置１による濾過は、上記と同様に行われればよい。また、上記以外の方法で濾過装置１が利用されてもよい。以上が、本実施形態に係る濾過装置１の利用方法である。

【0036】

上述したように本実施形態に係る濾過装置１は、ポンプユニット３０が均圧構造となっていることで、高圧の液体中で用いることができ、かつサイズを小さくすることができる。例えば、上述したように濾過装置１は、水深約１１０００ｍでのフルデプス、即ち、世界最深部でも用いることができる。また、このように濾過装置１のサイズを小さくして軽量化が可能になったことにより、様々な調査機器に搭載することができる。

【0037】

また、本実施形態のようにポンプ１０は、ピストンポンプであってもよい。この構成によれば、適切かつ確実に濾過装置１を、高圧の液体中で用いることができ、かつサイズを小さいものにすることができる。但し、ポンプ１０としては、ピストンポンプ以外が用いられてもよい。

【0038】

また、本実施形態のように、ポンプユニット３０は、筐体３１内に樹脂３２が充填されていることで均圧構造となっていてもよい。この構成によれば、適切かつ確実にポンプユニット３０の均圧構造を実現することができる。その結果、適切かつ確実に本実施形態に係る濾過装置１を実施することができる。

【0039】

また、ポンプユニット３０を均圧構造とするための樹脂は、絶縁樹脂であってもよい。この構成によれば、例えば、電気で動作するポンプ１０を用いる場合に、適切かつ確実に濾過装置１を動作させることができる。但し、当該樹脂は、絶縁樹脂以外のものであってもよい。また、ポンプユニット３０の均圧構造は、樹脂以外で実現されてもよい。

【0040】

また、本実施形態に係る環境ＤＮＡの採取方法によれば、例えば、環境の負荷及び汚染（コンタミネーション）の低減の観点から、深海の環境ＤＮＡを適切に採取することができる。例えば、上述したように低流量かつ吐出圧力の高いポンプを用いることにより、メッシュサイズが小さい濾過用のカードリッジを用いた、クリーンな環境ＤＮＡ採取が可能となる。上述したようにコントローラー５１に濾過の開始時間及び終了時間を設定しておく等によって、濾過装置１の自律的な大量濾過も可能である。即ち、本実施形態に係る濾過装置１を用いることで、自律型大量濾過システムを構成することができる。

【0041】

また、本実施形態に係る環境ＤＮＡの採取方法を用いることで、これまで研究が困難であった超深海域及び沖合深海域での生態系調査を簡便かつ効率的に行うことができる。また、沖合海洋保護区等の長期モニタリングにも有用である。

【0042】

但し、環境ＤＮＡの採取は、海中以外の環境ＤＮＡが存在する環境における液体の中で行われてもよい。また、本実施形態に係る濾過装置１は、環境ＤＮＡの採取以外の目的で利用されてもよい。

【0043】

本開示の濾過装置及び採取方法は、以下の構成を有する。
［１］ 液体中で当該液体を吸い込んで吐出するポンプと、
前記ポンプによって吐出された液体を濾過する濾材と、
前記ポンプを収容すると共に均圧構造となっているポンプユニットと、
を備える濾過装置。
［２］ 前記ポンプは、ピストンポンプである［１］に記載の濾過装置。
［３］ 前記ポンプユニットは、前記ポンプを収容する筐体を有しており、当該筐体内に樹脂が充填されていることで均圧構造となっている［１］又は［２］に記載の濾過装置。
［４］ 前記樹脂は、絶縁樹脂である［３］に記載の濾過装置。
［５］ ［１］～［４］の何れかに記載の濾過装置のポンプユニットを、環境ＤＮＡが存在する環境における液体の中に配置して、当該濾過装置によって当該液体を濾過して当該環境ＤＮＡを採取する採取方法。
［６］ 前記環境ＤＮＡが存在する環境における液体の中は、海中である［５］に記載の採取方法。

【符号の説明】

【0044】

１…濾過装置、１０…ポンプ、１１…シリンダー、１２…ピストン、１３…ばね、１４…電磁石、２０…濾材、３０…ポンプユニット、３１…筐体、３２…樹脂、４１…流量計、４２…継手、５０…コントロールユニット、５１…コントローラー、５２…バッテリー。

【図1】

【図2】