JP2021037010A

JP2021037010A - 凍結保存容器

Info

Publication number: JP2021037010A
Application number: JP2019159325A
Authority: JP
Inventors: 守藤田; Mamoru Fujita; 滋弘吉村; Shigehiro Yoshimura; 秀雅高橋; Hidemasa Takahashi; 日出夫深見; Hideo Fukami
Original assignee: CRYO ONE Inc; Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: CRYO ONE Inc; Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: JP7269840B2

Abstract

【課題】回転軸が容器本体の上壁を貫通しているような凍結保存容器であっても、回転軸のシール部分近傍における結露の発生及び氷堆積を防止することができる凍結保存容器を提供する。【解決手段】凍結保存容器１は、開口部２１と蓋部２３とを有すると共に極低温液化ガス１７を貯留した容器本体３と、被凍結保存物収納ケース５を載置する回転トレー７と、下端部が回転トレーに連結されると共に上端部が容器本体の上壁を貫通する回転軸９とを有し、回転軸を回転させることで、所望する被凍結保存物収納ケースを開口部の下方に位置するように回転トレーを回転操作するものであって、回転軸が回転可能な状態でシールするシール機構１１を有し、シール機構は、前記上壁に立設されて上方に延出すると共に回転軸が挿入される回転軸挿入管４９と、回転軸を気密かつ回転自在にシールするブッシュ５１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ｉＰＳ細胞や生体試料等のバイオリソースを−１５０℃以下の超低温領域で長期保存する際に利用する凍結保存容器に関する。

公的研究機関や大学、バイオセルバンク等では、液化窒素等の極低温液化ガスを使用した凍結保存容器を用いて、ｉＰＳ細胞や生体試料（バイオリソース）等（以降、単に「試料」という）を凍結保存している。試料が収容されたラック（試料ラック）を凍結保存容器から取り出す際には、内部にある試料ラックが載置された回転トレーを回転させ、目的の試料ラックを凍結保存容器の上壁に設けられた開口部の下に移動させることで取り出せるようになっている。

この回転トレーの回転操作を手動で行う容器の場合、回転トレーの回転軸には手動操作用のハンドルが設けられているが、このハンドルが容器内部にあると、作業者は専用の手袋等を着用して極低温状態の容器内部を目視で確認しながらハンドル操作を行わなくてはならず、凍傷や酸欠のリスクがあった。また、試料ラックを出し入れする際にハンドルにぶつかってしまうなど、試料ラックの出し入れを阻害するという問題もあった。

このような問題に対応するものとして、特許文献１には、「操作軸の上端側部分が容器本体外にその上壁を貫通して突出しており、容器本体外に突出する操作軸部分をモータにより又は人為的に回転操作する」ことが可能な凍結保存容器が開示されている。
このような凍結保存容器は、容器本体の上壁に操作軸を挿通させるための貫通孔を形成すると共に、操作軸と貫通孔との間をシールする環状シール板を備えており、操作軸を回転可能な状態で、容器内部の気密を確保している。
特許文献１の方法によれば、容器本体外で載置トレーを回転操作することができるため、作業者の負担を軽減し、かつ、手動操作用のハンドルが試料ラックの出し入れを阻害することがない。

特開２００５−１４３８７３号公報

しかしながら、特許文献１のように、回転軸が容器本体の上壁を貫通している場合、上述したシール部分の近傍で問題が生じる場合がある。
例えば、容器内部は極低温であるため、容器内部と容器外部の温度差が非常に大きいことから、容器外部側の回転軸において、シール部分の近傍で結露が生じやすい。
そのような結露が回転軸を伝ってシール部分に溜り、そこでさらに冷やされて氷となる。このような氷がシール部分に堆積してしまうと、回転軸を滑らかに回転させることができなくなるという問題があった。
また、試料ラックを出し入れする開口部と回転軸の位置が近いため、試料ラックを出し入れする際や極低温液化ガスの定期補充の際に開口部から排出される冷気も回転軸を冷やすこととなり、これによっても上述したシール部分における結露発生と氷堆積の要因となっていた。また、容器の開口部から漏れた冷気によってシールを劣化させることもある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、回転軸が容器本体の上壁を貫通している凍結保存容器であっても、回転軸のシール部分近傍における結露の発生及び氷堆積を防止することができる凍結保存容器を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る凍結保存容器は、上壁にその中心より偏った位置に試料を出し入れするための開口部と該開口部に開閉可能に設けられた蓋部とを有すると共に極低温液化ガスを貯留した容器本体と、該容器本体内に回転可能に配設されて複数個の被凍結保存物収納ケースを載置する回転トレーと、下端部が該回転トレーに連結されると共に上端部が前記容器本体の上壁を貫通して該上壁の上方に延出する回転軸とを有し、該回転軸を回転させることで、所望する前記被凍結保存物収納ケースを、その載置場所が前記開口部の下方に位置するように回転トレーを回転操作することによって、前記開口部から出し入れできるように構成されたものであって、前記回転軸は、低熱伝導率の材質で構成され、前記回転軸の上部において、該回転軸が回転可能な状態でシールするシール機構を有し、該シール機構は、前記上壁に立設されて上方に延出すると共に前記回転軸が挿入される回転軸挿入管と、該回転軸挿入管の上端部に設けられて前記回転軸を気密かつ回転自在にシールするブッシュとを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記回転軸挿入管の上端部は、前記容器本体の前記開口部よりも上方に延出していることを特徴とするものである。

本発明における凍結保存容器は、上壁に立設されて上方に延出する回転軸挿入管を備えたシール機構を有するようにしたことで、回転軸が容器本体の上壁を貫通している凍結保存容器であっても、回転軸のシール部分近傍における結露の発生と、これに起因する氷堆積を防止するため、回転軸の円滑な回転動作を確保できる。

本発明の一実施の形態に係る凍結保存容器を説明する図である。本発明の一実施の形態に係る容器本体内部を説明する凍結保存容器の平断面図である（被凍結保存物収納ケース載置前）。本発明の一実施の形態に係る容器本体内部を説明する凍結保存容器の平断面図である（被凍結保存物収納ケース載置後）。

本実施の形態に係る凍結保存容器１は、図１に示すように、容器本体３と、被凍結保存物収納ケース５を載置する回転トレー７と、下端部が回転トレー７の中心部に連結されると共に上端部が容器本体３の上壁を貫通して上壁の上方に延出する回転軸９と、回転軸９が回転可能な状態で貫通部分をシールするシール機構１１とを備えるものである。
凍結保存容器１の各構成について、以下具体的に説明する。

＜容器本体＞
容器本体３は、内槽３ａ及び外槽３ｂからなる真空二重構造の断熱容器である。
内槽３ａの底部には液体窒素等の極低温液化ガス１７が貯留されており、内槽３ａ内部は−１５０℃以下の超低温領域となっている。極低温液化ガス１７の液面高さは、内槽３ａ内に設置された液面計１９によって計測されており、定期的に極低温液化ガス１７を補充することで一定範囲に保たれている。

容器本体３の上壁には、その中心より偏った位置に試料を出し入れするための開口部２１が設けられている。開口部２１は円筒形状のネックチューブ等で形成されており、開口部２１に蓋部２３を嵌脱させることで開閉が可能となっている。
また、上壁の中心部には、回転軸９を貫通させるための貫通孔２５が形成されており、貫通孔２５は、内槽３ａと外槽３ｂの間に設けた円筒状の真空ベローズ２７によって構成されている。
さらに、外槽３ｂの下部には複数個（本実施の形態では４個）のキャスタ２９が取り付けられている。

＜回転トレー＞
回転トレー７は、生体試料等の被凍結保存物が収納された被凍結保存物収納ケース５を載置するものである。図２、図３に凍結保存容器１における容器本体３の平断面図を示す。図２は被凍結保存物収納ケース５を載置する前、図３は載置した後の状態である。
図２、図３に示すように、回転トレー７は平面視で円形形状をなしており、仕切板３１で複数区画に分けられている（本実施の形態では４区画）。回転トレー７の中心には各区画が判別可能な区画マーク３３（番号でもよい）が記されており、図３のように被凍結保存物収納ケース５を載置した際には、区画マーク３３をその載置場所の目印として管理している。

回転トレー７は、図１に示すような支持機構３５によって支持されている。本実施の形態における支持機構３５について、以下に概説する。
支持機構３５は、容器本体３底部の中心に立設された支持台３７と、支持台３７の上面に固着された支持部３９と、回転トレー７の下面中心部に固着された円環状の受体４１と、回転トレー７の中心部に形成された円筒軸４３と、支持部３９の上面中心部に立設されて受体４１を貫通して円筒軸４３に挿通された支柱４５を備えるものである。

詳細な説明は省くが、支持部３９と受体４１の間には図示しない金属製球体が複数個配置されており、支持部３９と受体４１に形成された円環状の溝に転動可能な状態で係合されている。このような支持機構３５によって、回転トレー７は中心線回りに回転自在に支持されている。

＜回転軸＞
回転軸９は下端部が回転トレー７の中心部（円筒軸４３の上面）に連結されると共に、上端部が容器本体３の上壁を貫通して上壁の上方に延出したものであり、低熱伝導率の材質で構成されている。回転軸９が貫通している貫通孔２５は、後述するシール機構１１によって、容器本体３の気密を保持できるようにシールされている。

回転軸９は容器本体３外側の上部に手動操作用の操作ハンドル４７を有しており、操作ハンドル４７を用いて回転軸９を手動回転させることで、回転軸９の下端部に連結された回転トレー７を回転操作することができる。

このとき、例えば回転軸９の容器本体３外側に、回転トレー７の区画と対応した位置に目印（たとえば回転トレー７に記された区画マーク３３と同じマーク）を付すようにすると、蓋部２３を取りはずさなくとも、所望する被凍結保存物収納ケース５が載置された区画を開口部２１の下方まで移動することができ、極低温液化ガス１７の蒸発量を抑えることができるので好ましい。

＜シール機構＞
シール機構１１は、回転軸９を挿入する回転軸挿入管４９と、回転軸９が回転可能な状態で回転軸９と回転軸挿入管４９の間をシールするブッシュ５１とを備えたものである。図１にシール機構１１の部分を破線円で囲うとともに、その拡大図を示す。以下に本発明の要部であるシール機構１１について、これを構成する各部を詳細に説明する。

≪回転軸挿入管≫
回転軸挿入管４９は、容器本体３の上壁に形成されるものであり、貫通孔２５部分に立設されて上方に延出すると共に回転軸９が挿入される金属管である。
回転軸挿入管４９の下端と真空ベローズ２７の上端の接続部は全周溶接されており、水分が内部に浸入することがないようになっている。

また、回転軸挿入管４９は上端にブッシュ取付金具４９ａを有している。ブッシュ取付金具４９ａは後述するブッシュ５１を回転軸挿入管４９に取り付けるための金具であり、ブッシュ５１のフランジ形状に合わせた円環状の凹部が形成されている。真空ベローズ２７との接続部と同様に、ブッシュ取付金具４９ａは全周溶接されて回転軸挿入管４９と一体を成しているので、その接続部から外部の水分が浸入することはない。

≪ブッシュ≫
ブッシュ５１は低温耐性を有し、上端にフランジ部が形成された円筒形状の部材である。
フランジ部をブッシュ取付金具４９ａに形成された凹部に合わせて回転軸挿入管４９に取り付けられ、ブッシュ５１に回転軸９を挿通することで、回転軸９を回転自在な状態で容器本体３の気密を保持（シール）することができる。

また、図１の拡大図に示すように、回転軸挿入管４９のブッシュ取付金具４９ａには、ブッシュ５１のフランジ部の上面外周部を押さえるサポートカバー５５が複数のボルト５７によって固定されている。
サポートカバー５５はリング状の側壁部と、円形状の大きな開口を有する天板部からなる部材であり、サポートカバー５５をブッシュ５１が取り付けられた回転軸挿入管４９の上にかぶせた状態で、複数のボルト５７によって固定されている。

サポートカバー５５の天板部の開口は、ブッシュ５１のフランジ部より小径でかつ、回転軸９よりも大径になるよう形成されている。これによって、回転軸９が回転操作中に偏芯してもサポートカバー５５に当接することがないので、回転操作を阻害せずにブッシュ５１を押さえることができる。

このようにサポートカバー５５でブッシュ５１を上から押さえるようにすると、例えば、極低温液化ガス１７を補充した際などに容器本体３内部の圧力が上昇しても、ブッシュ５１の変形を抑止でき、ブッシュ５１と回転軸９の間から漏れ出る冷気を低減することができる。
また、このようなサポートカバー５５を用いることで、従来例のように環状シール板を直接ボルト止めするものに比べても、シール部材（ブッシュ５１）の劣化を抑制できる。

上述したようなシール機構１１を用いると回転軸９に結露が生じにくくなる理由について以下に説明する。
回転軸挿入管４９は容器本体３の外部に設けられ、その外周面が大気にさらされているので、回転軸挿入管４９の内部にある気体は外周面からの入熱によって温められる。これに伴って、回転軸挿入管４９内部の回転軸９の温度も上がるので、回転軸挿入管４９外部の回転軸９に結露が生じにくくなる。

また、極低温液化ガス１７を補充した際などに内部の圧力が上昇してブッシュ５１と回転軸９の間から気体が漏れ出たとしても、内槽３ａ内部における温度（−１５０℃）に比べて温度が上昇しているので、やはり結露は生じにくい。もっとも、前述したように、本実施の形態ではサポートカバー５５を用いてブッシュ５１を押さえているのでこのような冷気の漏れ自体も生じにくい工夫がされている。

また、蓋部２３を取り外して試料を出し入れする際に開口部２１から排出される冷気によって回転軸９が冷やされて結露が生じていたことについても、回転軸挿入管４９の高さを工夫することで対応することができる。
一般的に、低温の気体は下方向に移動するので、開口部２１から排出される冷気についても同様に開口部２１より下方向に移動していく。図１の拡大図に示すように、回転軸挿入管４９の上端部を、開口部２１よりも上方に延出するようにすれば、冷気が回転軸９にあたりにくくなり、その結果、結露の発生を抑制することができる。

このような本実施の形態における凍結保存容器１に凍結保存されている試料を取り出す際の手順について以下に説明する。なお、極低温液化ガス１７は液体窒素を使用しているものとする。
まず、蓋部２３を開口部２１に取り付けたままの状態で、図１に示した操作ハンドル４７を手動操作して、回転トレー７内の所望する被凍結保存物収納ケース５が載置されている区画が開口部２１の下方に位置するように回転トレー７を回転操作する。この際、目的の区画が開口部２１の下方に位置しているかどうかは、回転軸９に標された目印によって確認可能である。

手動による回転操作は回転軸９の偏芯が生じやすいが、前述したように、本実施の形態では回転軸９の偏芯によるシール部分からの冷気の漏れは発生しにくく、かつ、微少の漏れがあったとしてもそれは回転軸挿入管４９の中で温度が上昇した窒素であるため、回転軸９には結露が生じにくい。

次に、凍結保存容器１の開口部２１にある蓋部２３を取り外し、安全な場所に静置した後、凍結保存容器１内へ窒素ガスを供給し、凍結保存容器１内部のくもりを取り除き、視界を確保する。
視界が確保できたら、所望する被凍結保存物収納ケース５を目視で確認し、開口部２１から引き上げる。

このとき、蓋部２３が取り外された開口部２１から低温の窒素が排出されるが、前述したように、本実施の形態では回転軸挿入管４９から露出している回転軸９は開口部２１よりも上方に位置しているので、開口部２１から排出された低温の窒素に冷やされることがなく、結露が発生しにくい。

続いて、引き上げた被凍結保存物収納ケース５から目的の試料を取り出し、被凍結保存物収納ケース５を開口部２１から凍結保存容器１に戻して回転トレー７に載置する。取り外していた蓋部２３を開口部２１に取り付けて、試料の取り出しが完了する。

以上のように、本実施の形態に係る凍結保存容器１によれば、保存状態及び被凍結保存物収納ケース５の取り出し時において、回転軸９のシール部近傍への結露発生と、これに起因する氷堆積を防止して回転軸９の円滑な回転動作を確保できる。

１凍結保存容器
３容器本体
３ａ内槽
３ｂ外槽
５被凍結保存物収納ケース
７回転トレー
９回転軸
１１シール機構
１７極低温液化ガス
１９液面計
２１開口部
２３蓋部
２５貫通孔
２７真空ベローズ
２９キャスタ
３１仕切板
３３区画マーク
３５支持機構
３７支持台
３９支持部
４１受体
４３円筒軸
４５支柱
４７操作ハンドル
４９回転軸挿入管
４９ａブッシュ取付金具
５１ブッシュ
５５サポートカバー
５７ボルト

Claims

上壁にその中心より偏った位置に試料を出し入れするための開口部と該開口部に開閉可能に設けられた蓋部とを有すると共に極低温液化ガスを貯留した容器本体と、該容器本体内に回転可能に配設されて複数個の被凍結保存物収納ケースを載置する回転トレーと、下端部が該回転トレーに連結されると共に上端部が前記容器本体の上壁を貫通して該上壁の上方に延出する回転軸とを有し、該回転軸を回転させることで、所望する前記被凍結保存物収納ケースを、その載置場所が前記開口部の下方に位置するように回転トレーを回転操作することによって、前記開口部から出し入れできるように構成された凍結保存容器であって、
前記回転軸は、低熱伝導率の材質で構成され、
前記回転軸の上部において、該回転軸が回転可能な状態でシールするシール機構を有し、
該シール機構は、前記上壁に立設されて上方に延出すると共に前記回転軸が挿入される回転軸挿入管と、該回転軸挿入管の上端部に設けられて前記回転軸を気密かつ回転自在にシールするブッシュとを備えたことを特徴とする凍結保存容器。
前記回転軸挿入管の上端部は、前記容器本体の前記開口部よりも上方に延出していることを特徴とする請求項１記載の凍結保存容器。