JP5302803B2 - 凍結保存装置 - Google Patents

Description

本発明は、凍結保存装置に関するものである。

新薬の開発や医療の基礎研究に用いる実験動物の***、受精卵、細胞などの生体試料を簡便に保存する装置として凍結保存装置が一般的に用いられている。特に、液化窒素を使用した凍結保存装置は最も長期間安定して保存できるとされ広く用いられている。

この凍結保存装置では、生体試料はアンプルに収納され、アンプルはアンプル収納具に収納されてから、凍結保存容器内で凍結保存される。凍結保存装置に関する先行技術としては、例えば、以下に示す特許文献１〜６等が知られている。

生体試料を凍結保存容器へ導入する際、常温の生体試料を凍結保存容器へ直接持ち込んでもよいが、凍結時の温度降下速度は保存および融解後の生存率や細胞機能に大きな影響を与えることが知られている。よって、生体試料や培地の特性に応じた最適な温度降下パターンで凍結が進むよう、予め容器外で凍結させた後、容器内へアンプルを持ち込み、長期間保存することがある。

なお、一部の臍帯血凍結等で用いられる専用のバック収納具を用いた自動搬送型凍結保存容器には、保存容器庫内の冷熱を利用する予備凍結装置を備えたものが知られている。

特開平８−１９２３６３号公報 特許第２８０１８０９号公報 特許第３１３５０３４号公報 実開平５−４９２９４号公報 特開平１−２００１５７号公報 特開２００２−２８２７１２号公報

しかしながら、一般的には予備凍結の後にアンプルを予備凍結容器又はプログラムフリーザーから凍結保存容器に移動する必要があるため、人手による作業の煩雑さや、アンプルの取り間違え、移動の際のアンプルの昇温等の問題があった。

また、ラックにアンプルを収納するという従来のプログラムフリーザーや、断熱ボックスに収納後−８０℃程度の恒温保冷庫に一晩程度保持して緩慢に凍結する方法では、ラック内アンプルの収納場所により試料の温度降下に偏差を生じやすいという問題があった。

さらには、従来の自動搬送型凍結保存容器では、予備凍結の際、常温の試料を庫内の冷ガス顕熱のみを利用して凍結する為、試料の潜熱除去が不十分となるおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、予備凍結の際の作業が簡便であり、アンプルの取り間違えや移動の際の昇温のリスクが少ない凍結保存装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、予備凍結の際、試料の冷却が均一であるとともに試料の潜熱を容易に除去することが可能な凍結保存装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、
請求項１に記載の発明は、アンプルの予備凍結を行うための予備凍結手段と、前記アンプルを凍結保存するための凍結保存容器と、を収納した収納部と、
前記収納部の上部に連通して設けられた作業空間部と、を備え、
前記作業空間部が乾燥ガスで充満されて陽圧とされており、
前記作業空間部では、前記予備凍結手段への前記アンプルの挿入又は取り出し作業と、前記凍結保存容器への前記アンプルの挿入又は取り出し作業と、前記予備凍結手段と前記凍結保存容器との間の前記アンプルの搬送と、が行われることを特徴とする凍結保存装置である。

請求項２に記載の発明は、前記予備凍結手段は、冷却チャンバと、前記冷却チャンバ内に収容される保護部材と、前記冷却チャンバに設けられて前記保護部材に低温液化ガスを噴射する１以上のノズルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の凍結保存装置である。

請求項３に記載の発明は、前記ノズルが、少なくとも前記保護部材の上下方向の略中央部分に低温液化ガスを噴射可能に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の凍結保存装置である。

請求項４に記載の発明は、前記保護部材が、金属からなる円筒部分を有する部材であることを特徴とする請求項２又は３に記載の凍結保存装置である。

請求項５に記載の発明は、前記冷却チャンバ内の温度を測定する温度測定手段と、所定の温度制御パターンを記憶するメモリと、前記メモリ内の情報と前記温度測定手段による測定値とに基づいて、前記ノズルへの低温液化ガスの供給量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の凍結保存装置である。

本発明によれば、収納部に予備凍結手段と凍結保存容器とを備えているため、予備凍結による作業を簡便に行うことができる。また、作業空間部において、予備凍結手段へのアンプルの挿入又は取り出し作業や、凍結保存容器へのアンプルの挿入又は取り出し作業や、予備凍結手段と凍結保存容器との間のアンプルの搬送が装置内の作業空間部で行われるため、アンプル収納具を移動する際の、アンプルの昇温のリスクを低減することができる。

また、本発明によれば、作業空間部が乾燥ガスで充満される構成となっている。これにより、作業空間部内は乾燥した状態を保つことができるため、アンプルを予備凍結手段から凍結保存容器へと搬送する際に、これらや凍結保存容器に霜が付着することを抑制することができる。したがって、アンプル表面に記載された試料管理コードの読み取りが容易に行えるため、アンプルの取り間違えを低減することができる。

さらに、本発明によれば、凍結保存容器と独立して予備凍結手段が設けられており、予備凍結手段にはアンプルを収容する保護部材と低温液化ガスを噴射する１以上のノズルとを備えて構成されている。これにより、アンプルを予備凍結する際に、低温液化ガスの潜熱および顕熱を利用することができるため、アンプル中の試料の潜熱を容易に除去することができる。また、ノズルが、少なくとも前記保護部材の上下方向の略中央部分に低温液化ガスを噴射可能に配置されている場合には、試料の冷却を均一に行うことができる。さらに、温度測定手段、メモリ、制御手段を備える場合には、さらに試料の冷却温度を詳細に制御することができる。

更にまた、本発明によれば、作業空間部が乾燥ガスで充満され陽圧とされている。これにより、大気の進入を防ぐことができるため、作業空間部内に塵埃、バクテリア、ウイルスなどを伴う大気、作業員の呼気の混入が抑制され、乾燥した状態かつ清浄な状態に保つことができる。したがって、アンプルを予備凍結手段から凍結保存容器へと搬送する際に、アンプルの汚染を防止することが可能となる。

本発明の一実施形態である凍結保存装置を示す概略側面図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置における乾燥ガス供給設備の一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置における凍結保存容器の一例を示す一部切開した概略斜視図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置における凍結保存容器への低温液化ガス供給設備の一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置におけるキャップと鞘管の一例を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置におけるアンプル収納具の一例を示す概略説明図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置における予備凍結装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置におけるパスボックスの一例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態である凍結保存装置における自動搬送装置の構造の一例を示す概略構成図である。 本発明の他の実施形態である凍結保存装置における予備凍結装置の一例を示す概略構成図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である凍結保存装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１に示すように、本発明を適用した一実施形態である凍結保存装置１は、凍結保存容器２及び予備凍結装置（予備凍結手段）３を収納した収納部１ａと、この収納部１ａの上部に連通して設けられた作業空間部１ｂと、を備えて概略構成されている。また、作業空間部１ｂには、パスボックス４および自動搬送装置５が設けられている。さらに、凍結保存装置１には、制御装置６が付設されている。

凍結保存装置１は、その外形寸法がおよそ、高さ２０００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、奥行１０００ｍｍの直方体状のボックスである。また、凍結保存装置１は、仕切り板１ｃによって上下方向に二分されており、上部の作業空間部１ｂと下部の収納部１ａとから構成されている。収納部１ａと作業空間部１ｂの大きさと形状は、それぞれ１辺がおよそ１０００ｍｍの立方体状となっている。

収納部１ａは、アンプルを凍結保存するための凍結保存容器２と、アンプルの予備凍結を行うための予備凍結装置３と、が収められるようになっている。また、前記仕切り板１ｃには、その中心に円形の貫通孔が、角部付近にそれより径の小さい円形の貫通孔が形成されており、作業空間部１ｂからこれらの貫通孔を介して収納部１ａ内の凍結保存容器２及び予備凍結装置３の開口部がそれぞれ望めるように構成されている。すなわち、収納部１ａに内蔵された凍結保存容器２および予備凍結装置３のそれぞれの開口部は、該開口部が作業空間部１ｂに面してこれに通じており、該開口部からアンプル収納具を出し入れすることができる。

作業空間部１ｂは、収納部１ａの上部に、この収納部１ａと連通するように設けられており、乾燥ガスで充満されて陽圧（例えば０．１ｋＰａＧ〜１０ｋＰａＧ）とされている。作業空間部１ｂは、後述するように、アンプルが収容されたアンプル収納具１６の予備凍結装置３への挿入又は取り出し作業や、凍結保存容器２へのアンプル収納具１６の挿入又は取り出し作業や、予備凍結装置３と凍結保存容器２との間のアンプル収納具１６の搬送が行われる空間となっている。

凍結保存容器２及び予備凍結装置３を収納し収納部１ａと作業空間部１ｂを構成する外装板の材質は特に限定されるものではないが、この作業空間部１ｂ内での作業が外部から視認できるように構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、作業空間部１ｂの正面と両側面をアクリル樹脂板で覆うなどする。また、作業空間部１ｂの周囲を覆うアクリル樹脂板を２重として、断熱性を持たせて、アクリル樹脂板の外面での結露、着霜を防止するように構成してもよい。

図２に示すように、作業空間部１ｂの天井壁には、排気口７が形成されているとともに、図示しない逆流防止機構またはフィルタが取り付けられ、大気中の塵埃の進入を防止するようになっている。

また、図２に示すように、作業空間部１ｂ内には、露点センサー８が取り付けられている。この露点センサー８は、作業空間部１ｂ内の雰囲気ガス中の水分量を計測するもので、露点センサー８からの信号が露点計９に送られ、この露点計９において、計測された水分量に基づいて作業空間部１ｂ内の露点が算出されるようになっている。

露点計９には、予め作業空間部１ｂ内の露点が、例えば−５０℃に設定されており、露点計９で算出された露点がこの設定露点以上になると、乾燥ガス供給管１０から作業空間部１ｂ内に乾燥ガスが供給されるように構成されている。
乾燥ガス供給管１０の一端は、作業空間部１ｂ内に開口しており、その他端は、流量調整弁１１、気化器１２を介して後述する液化ガス供給管１３に接続されている。

流量調整弁１１は、露点計９からの制御信号によって、乾燥ガスの流量を制御する。
液化ガス供給管１３から分流した低温液化ガスは、気化器１２で気化して乾燥ガスとなり、流量調整弁１１にて流量制御されて作業空間部１ｂに導入される。

凍結保存容器２は、図３に示すように、容器本体１４と、キャップ１５と、１以上のアンプル収納具１６と、１以上の鞘管１７と、から概略構成されている。凍結保存容器２は、ステンレス鋼などからなる内槽１８と外槽１９から形成される二重構造であり、内槽１８と外槽１９との間の空隙が真空である真空二重断熱容器である。

容器本体１４は、内槽１８の底部付近まで液化窒素などの低温液化ガスが満たされるようになっている。また、内槽１８の口部の開口径は、内槽１８の胴部の内径よりもわずかに小さくなっており、内槽１８は、いわゆる寸胴鍋状の形状となっている。

また、図４に示すように、この凍結保存容器２には、その容器本体１４内に低温液化ガスを供給または補充するための液化ガス供給管１３が設けられている。この液化ガス供給管１３の一端は、凍結保存装置１の収納部１ａの側壁部および容器本体１４の側壁部を貫通して内槽１８の底部付近まで延びており、他端は流量調整弁１３ａを介して液化ガス供給源２０に接続されている。

さらに、凍結保存容器２の容器本体１４内には、低温液化ガスの貯留液面位を検知する液面センサー２１と、容器本体１４内の気相の温度を検知する温度センサー２２が設けられており、これらセンサー２１、２２からの検出信号が液化ガス供給源２０に送られて、容器本体１４内に供給する低温液化ガスの供給時点、供給量を制御するようになっている。

容器本体１４の内槽１８の口部は、キャップ１５で開閉可能に閉じられるようになっている。キャップ１５は、図３に示すように、その外径が内槽１８の口部の開口径とほぼ同径の円柱状のものであって、図５に示すように、円板状の上板２３および下板２４とこれらの間の発泡ウレタン樹脂などの断熱材からなる断熱体２５とから構成された厚さ２００〜３００ｍｍ程度のもので、断熱性能の高いものである。

キャップ１５には、これをその厚さ方向（上下方向）に貫通する多数の、例えば３００〜５００個の挿入孔２６が形成されている。この挿入孔２６の内径は、１５〜２５ｍｍ程度となっている。

これら挿入孔２６のすべてには、鞘管１７が挿入されるように構成されている。この鞘管１７は、図３に示すように、外径１５〜２５ｍｍ、内径１３〜２３ｍｍ、長さ５００〜７００ｍｍ程度の直管状のもので、その口部がキャップ１５の上側の表面に露出して開口した状態となっている。
鞘管１７の上部の前記キャップ１５に接する部分は、樹脂パイプから構成され、これより下側の部分はステンレス鋼、アルミニウム合金などから構成されている。

また、図５に示すように、鞘管１７の頂部には、この鞘管１７をキャップ１５に固定するための固定爪（図示略）が一体に取り付けられており、キャップ１５の挿入孔２６の上縁部（上板２３）に形成された係合凹部（図示略）に前記固定爪を係合することで、鞘管１７がキャップ１５に固定され、アンプル収納具１６の引き上げに伴って鞘管１７が同時に引き上げられないようになっている。

図４に示すように、鞘管１７内には、アンプル収納具１６が上下方向に移動可能に挿通されている。このアンプル収納具１６は、図６に示すように、ステンレス鋼、アルミニウム合金などからなる支持柱２８と、この支持柱２８の上部に設けられた丸棒状の断熱部２９と、この断熱部２９の上部に取り付けられた把手部３０と、支持柱２８の上下方向に間隔を配して複数個、例えば８個並んで設けられたアンプル収納部３１とから構成されている。

支持柱２８は、水平方向の断面形状が円弧状に湾曲した帯状のものであって、その下端部にはガイドパイプ３２が設けられている（図６参照）。このガイドパイプ３２は、アンプル収納具１６をその最下端のアンプル収納部３１まで引き上げてもキャップ１５から外れないようにするためのものである。なお、このガイドパイプ３２は、必ずしも必要とされるものではない。
断熱部２９は、その外径が前記鞘管１７の内径とほぼ同径とされており、その上下方向の長さはキャップ１５の上下方向の厚さとほぼ同じとなっている。

この断熱部２９は、またその内部がガラス繊維強化エポキシ樹脂などの合成樹脂からなり、周辺部が発泡ウレタン樹脂などの発泡樹脂から形成されており、断熱性能が高いものとなっている。
図６に示すように、支持柱２８は断熱部２９の中心軸上には位置しておらず、支持柱２８が断熱部２９の側部に連設された状態となっている。

アンプル収納部３１は、図６に示すように、凍結保存すべき試料を封入した１個のアンプル３３を保持、収納する有底円筒のコップ状のもので、支持柱２８の側部にこれと一体的に設けられている。アンプル収納部３１の上下方向の間隔は、これにアンプル３３を収納したときに、アンプル３３の頂部とこれの上方のアンプル収納部３１の底部との間に５〜１０ｍｍ程度の間隙が生じるようにそれらの間隔が決められている。

また、このアンプル収納部３１は、その外径が断熱部２９の外径よりもわずかに小さくなっており、その中心軸と断熱部２９の中心軸とがほぼ一致するように支持柱２８に取り付けられている。

また、凍結保存容器２の容器本体１４の上端部には、図３に示すように、スポンジ、ゴムなど緩衝材からなるリング状のパッキング３４が固定されており、凍結保存容器２が収納部１ａの定位置に収められた際に、このパッキング３４が前記仕切り板１ｃの下面に押しつけられるようになっている。

凍結保存容器２を収納部１ａに収める際には、収納部１ａの扉を開いて収納部１ａ内に格納されているトレー（図示略）を引き出し、このトレーに凍結保存容器２を乗せて、凍結保存容器２をその内部に押し込むことになる。凍結保存容器２が定位置に到ると、凍結保存容器２がわずかに上方に持ち上げられた状態で固定されるようになっており、これによりパッキング３４が仕切り板１ｃの下面に密着することになる。

凍結保存容器２のキャップ１５の周縁部には、図３に示すように、ガス抜きパイプ３５がこれを貫通して設けられ、このガス抜きパイプ３５の上部には、ガス抜き弁３６が取り付けられ、これにより容器本体１４内で気化した低温液化ガスを容器本体１４内から抜き出すことができ、容器本体１４内が陰圧とならないように保つことができるようになっている。

容器本体１４の内槽１８内には、上述のように、低温液化ガスの一部が気化した低温ガスが充満しており、この低温ガスが鞘管１７を介してアンプル収納具１６に保持されているアンプル３３を冷却し、凍結状態とする。
これにより、多数のアンプル３３を凍結状態で保存し、凍結保存することができる。
なお、凍結保存容器２に収容するアンプル３３は、後述する予備凍結装置３によって予備凍結した状態のアンプルが一般的であるが、その他の状態のアンプルであってもよい。

このような構造の凍結保存容器２では、従来のものに比較して１個の凍結保存容器２内に多数のアンプル３３を収容できる。また、アンプル収納具１６の１本当たりのアンプル収容数が少なくなるので、凍結保存容器２への挿入又は取り出し作業時にアンプル３３が凍結保存容器２外に取り出される回数が大きく減少し、アンプルへの着霜の頻度が低下する利点がある。

予備凍結装置３は、図１及び図７に示すように、収納部１ａ内の角部に配置されている。なお、予備凍結装置３の設置場所は、特に限定されるものではなく、収納部１ａ内であって凍結保存容器２の周囲の任意の空きスペースに設置してもよい。
また、図８に示すように、予備凍結装置３は、冷却チャンバ３７と、鞘管（保護部材）３８と、低温液化ガスを噴射するためのノズル３９と、を備えて概略構成されている。また、予備凍結装置３全体は、断熱材（図示略）で被覆されている。

図８に示すように、冷却チャンバ３７の口部は、断熱性キャップ４１で閉じられている。そして、断熱性キャップ４１には、アンプル収納具１６が挿通可能な挿入孔４２が設けられている。また、冷却チャンバ３７の底部には、冷却チャンバ３７内に溜まった液体を排出するための排出口が設けられており、この排出口には排出管４３が接続されている。

さらに、冷却チャンバ３７の上部には、気化した液化ガスを排気する排気口が設けられており、この排気口には排気管４４の一端が接続されている。ここで、排気管４４の他端は、作業空間部１ｂに接続することにより、予備凍結装置３の冷却チャンバ３７内を乾燥状態に保持することができる。これにより、冷却チャンバ３７内での結露の発生や、雑菌やカビ等の発生を抑制することができる。

挿入孔４２には、鞘管３８が挿入されるように構成されている。そして、冷却チャンバ３７内に鞘管３８が収容されている。この鞘管３８は、図３に示す鞘管１７と同様に、外径１５〜２５ｍｍ、内径１３〜２３ｍｍ、長さ５００〜７００ｍｍ程度の直管状のもので、その口部が断熱性キャップ４１の挿入口４２の下側に固定されて開口した状態となっている。

鞘管３８は、金属からなる円筒部分を有する部材から構成されており、この鞘管３８内にアンプル収納具１６が挿通可能とされている。鞘管３８は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の金属製のパイプから構成することができる。このように、熱伝導性の良い金属から鞘管３８をアンプル３３が収納されたアンプル収納具１６の近傍に配置させるため、アンプル３３の冷却を促進することができる。なお、鞘管３８の下端部は開口していてもよいが、閉塞された構造とすることが好ましい。鞘管３８の下端部を閉塞することにより、後述するノズル３９から噴射された液化窒素等の低温液化ガスのアンプルへの接触を防止することができるため、アンプル３３内の生体試料の汚染を防止することができる。

ノズル３９は、鞘管３８に低温液化ガスを噴射するために、冷却チャンバ３７の鉛直方向の略中央の高さに設けられている。すなわち、ノズル３９は、鞘管３８の上下方向の略中央部分に低温液化ガスを噴射可能に配置されている。このノズル３９から低温液化ガスを鞘管３８に噴射することにより、鞘管３８を介してアンプル収納具１６内の複数のアンプルを冷却することができる。
ここで、本実施形態のように、ノズル３９の噴射位置を金属製の鞘管３８の、上下方向の略中央部分とすることにより、鞘管３８の冷却温度が均一となるため、アンプル収納具１６内で上下方向に配置された複数のアンプル３３を均一に冷却することができる。

この予備凍結装置３には、ノズル３９に低温液化ガスを供給するための液化ガス供給管４５が設けられている。この液化ガス供給管４５の一端は、冷却チャンバ３７の側壁部を貫通してノズル３９に接続されており、他端は電磁弁（制御手段）４６を介して図示略の液化ガス供給源に接続されている。なお、液化ガス供給管４５に接続される液化ガス供給源として、凍結保存容器２用に設けられている液化ガス供給源２０を分岐して用いても良いし、それぞれ独立した液化ガス供給源としても良い。

また、図８に示すように、冷却チャンバ３７には、温度センサー（温度測定手段）４７が取り付けられている。この温度センサー４７は、冷却チャンバ３７内の温度を測定するものであり、温度センサー４７からの信号が制御装置（メモリ）６に送られる。制御装置６には、所定の温度制御パターンが記憶されており、この制御装置６内の情報と温度センサー４７による測定値とに基づいて、ノズル３９への低温液化ガスの供給量を制御可能とされている。これにより、鞘管３８を均一に冷却制御することができる。

パスボックス４は、図１及び図７に示すように、作業空間部１ｂ内の仕切り板１ｃ付近に設けられている。このパスボックス４は、ガラス、アクリル樹脂、カーボネイト樹脂などの透明材料からなる略直方体状の内部が空洞の箱体である。

パスボックス４の一つの側面は、作業空間部１ｂをなす壁の一部を切り欠いて形成された開口部から外部に臨むようにして露出しており、この側面は操作口４９とされる。
操作口４９は、常時気密になっている必要があり、通常は図９に示すように、透明の板材からなる外扉５０により閉じられ、必要時にはこの外扉５０が上方または側方に移動して内扉５１が表れるように構成されている。

内扉５１は、ゴム、軟質発泡プラスチックなどの可撓性に富む材料からなる複数枚の可撓ベルト５２を隙間なく並べて構成されたものであって、可撓ベルト５２，５２の間に操作者が手を差し入れてパスボックス４内で作業ができるようになっている。なお、内扉５１を気密構造にすることによって、外扉５０を省略することもできる。

また、パスボックス４には、その上面から下面にかけて貫通する上部収容パイプ５３が設けられている。この上部収容パイプ５３は、自動搬送装置５によって凍結保存容器２から引き抜かれたアンプル収納具１６が挿入されるものである。
この上部収容パイプ５３には、図９に示すように、取出窓５４が形成されている。この取出窓５４は、アンプル収納具１６を上部収容パイプ５３に挿入したときに、アンプル収納具１６から目的のアンプル３３を操作者が手でつかんで取り出すためのもので、アンプル３３の大きさよりも少し大きめの開口部である。

さらに、パスボックス４には、図７に示すように、その内部を少なくとも操作時に乾燥ガスで満たし、陽圧とするための乾燥ガスを放出する放出口５５が設けられており、この放出口５５は前述の乾燥ガス供給管１０（図２参照）に接続されている。

パスボックス４内には、その両側方にそれぞれ１基ずつの固定式のバーコードリーダー５６，５６が設けられている。このバーコードリーダー５６は、アンプル３３に付されたバーコードラベルのバーコードを読み取り、アンプル３３の識別管理を行うためのもので、バーコードリーダー５６，５６からのバーコード情報は制御装置６に入力されるようになっている。なお、バーコードリーダー５６は、２基に限らず、１基であってもよい。

図１に示すように、凍結保存容器２には、下部収容パイプ５７が設けられている。この下部収容パイプ５７は、自動搬送装置５によって引き抜かれたアンプル収納具１６が前記上部収容パイプ５３に挿入された時に、アンプル収納具１６の下方部分を収容するためのものであるが、アンプル収納具１６の挿入深さによっては、下方部分が収容されないこともある。
下部収容パイプ５７は、凍結保存容器２のキャップ１５を貫通して設けられ、内槽１８内にまで届くようになっている。

下部収容パイプ５７の平面的な位置は、前記上部収容パイプ５３の直下とされ、これにより１本のアンプル収納具１６が前記上部収容パイプ５３と下部収容パイプ５７とを挿通して収容されることになる。

自動搬送装置５は、図１に示すように、作業空間部１ｂの上部空間に設けられている。自動搬送装置５は、作業空間部１ｂの上部に設けられたＸ軸レールと、このＸ軸レールを往復移動するＸ軸架台と、Ｘ軸架台に掛け渡されたＹ軸レールと、このＹ軸レールを往復移動する１個のＹ軸架台５８とから概略構成されている。

Ｙ軸架台５８には、図１に示すように、１本のＺ軸レール５９が垂下して取り付けられている。このＺ軸レール５９は、その先端部が前記仕切り板１ｃ付近まで延びているものである。Ｚ軸レール５９には、把持ヘッド６０が上下動可能に取り付けられている。

この把持ヘッド６０の下面には、図１０に示すように、前記アンプル収納具１６の把手部３０を把持する一対の把持片６１，６１が設けられている。この一対の把持片６１，６１は、互いに接近もしくは離間するようになっており、これにより把手部３０を把持もしくは開放できるようになっている。

なお、本実施形態において把手部３０の形状は、角柱状とすることが好ましい。これにより、把持片６１，６１で把手部３０を把持した際に、アンプル収納具１６のアンプル収容部３１の向きが定まり、その向きを操作者側とすることができるため、バーコードの読み取り、アンプル３３の取り出し、収容操作が容易となる。

以上の構成により、把持ヘッド６０は、作業空間部内をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の三軸方向に自在に移動することができ、これにより、凍結保存容器２、予備凍結装置３及びパスボックス４に収容されている任意のアンプル収納具１６を任意の位置まで引き上げることができる。

また、把持ヘッド６０には、下方に延びる棒状の脚部６２が取り付けられており、この脚部６２の下端部にはアンプル収納具１６の下端部を把持するクランプ６３が設けられている。このクランプ６３と前記一対の把持片６１，６１とによって、凍結保存容器２から引き抜かれたアンプル収納具１６の上部と下部とがそれぞれ把持されるため、アンプル収納具１６の引き抜き時の揺動が防止される。これにより、予備凍結装置３の挿入孔４２、凍結保存容器２の挿入孔２６及びパスボックス４の上部収容パイプ５３にアンプル収納具１６を挿入することが容易となる。

制御装置６は、図１に示すように、凍結保存装置１外に設置されている。この制御装置６は、把持ヘッド６０の動作を制御可能に構成されている。また、制御装置６は、前述したように予備凍結装置３を用いて予備冷却する際の、所定の温度制御パターンが記憶されている。

また、制御装置６には、以下の操作を実行するプログラムが内蔵されている。
すなわち、図１に示すように、入力装置６４にアンプルの識別管理番号を入力すると、把持ヘッド６０が目的のアンプル収納具１６を引き抜き、その下部をクランプ６３で保持し、この状態のアンプル収納具１６を任意の収納場所（予備凍結装置３の挿入孔４２、凍結保存容器２の挿入孔２６又はパスボックス４の上部収容パイプ５３）の直上にまで移動させ、さらにアンプル収納具１６を任意の収納場所に挿入し、特にアンプル収納具１６を上部収容パイプ５３あるいは上部収容パイプ５３と下部収容パイプ５７とに挿入する場合には、目的のアンプル３３が取出窓５４の位置に来た時に停止するようにする一連の動作を実行するものである。なお、本実施形態では、すべてのアンプル３３の胴部にその識別管理番号等の情報を記録したバーコードラベルが貼付されている（図示略）。
また、制御装置６には、予備凍結装置３の冷却チャンバ３７の温度を制御するための所定のプログラムが内蔵されている。

以下、本実施形態における動作について具体的に説明する。具体的には、緩慢凍結法による予備凍結を行った後に凍結保存容器２で凍結保存する場合について説明する。

入力装置６４を操作して、目的のアンプル収納具１６を凍結保存容器２から引き上げ、上部収容パイプ５３に挿入し、目的とする空のアンプル収容部３１を取出窓５４に露出させる。
この状態で、操作者が人手によりパスボックス４の操作口４９を介してアンプル３３を空のアンプル収容部３１に収容する。

この時、アンプル３３に付されたバーコードをバーコードリーダー５６，５６が読み取り、識別管理番号を制御装置６に送って、入力装置６４に入力された識別管理号と比較し、目的のアンプルが目的のアンプル収容部３１に収容されたかを確認する。操作者は、この確認が取れたことを前述のように表示により知った後、入力装置６４を操作する。

すると、自動搬送装置５の把持ヘッド６０は、そのアンプル収納具１６を上部収容パイプ５３から引き抜き、予備凍結装置３の挿入孔４２に挿入した後、待機位置に戻る。

自動搬送装置５の把持ヘッド６０が待機位置に戻ると、接点信号が制御装置６に送られ、所定の予備冷却プログラムが開始される。予備冷却プログラムは、例えば、−１℃／ｍｉｎの速度で温度降下するように制御し、−８０℃に到達したら完了するというプログラムを例示することができる。また、他の予備冷却プログラムとしては、途中、アンプル３３内の培地の氷晶形成温度域を速やかに通過させるため、−１℃／ｍｉｎの冷却速度パターンから外れるようにチャンバ内を急速に冷却させるステップを組み込んでもよい。
なお、予備凍結が行われている間、待機位置に移動した自動搬送装置５は、別途出庫や入庫作業を行うことが可能である。

予備冷却プログラムが完了すると、完了信号が制御装置６に送られ、自動搬送装置５の把持ヘッド６０が予備凍結装置３の挿入孔４２の上方の位置まで移動した後、降下する。
ただし、把持ヘッド６０がアンプル収納具１６の把手部３０を把持するまでは、予備冷却プログラムの最終到達温度が保持される。そして、把持ヘッド６０がアンプル収納具１６の把手部３０を把持すると、自動搬送装置５から制御装置６に信号が送られて、予備冷却プログラムが停止する。

予備冷却プログラムが停止すると、把持ヘッド６０は、アンプル収納具１６を予備凍結装置３の挿入孔４２から引き抜き、凍結保存容器２の所定の位置に挿入して、冷却制御動作が終了する。

次に、アンプル３３の出庫作業について説明する。
入力装置６４に取り出すべきアンプルの識別管理番号を入力すると、制御装置６が出庫プログラムを実行し、自動搬送装置５の把持ヘッド６０が目的のアンプル収納具１６を凍結保存容器２から引き抜き、クランプ６３でアンプル収納具１６の下部を保持し、この状態でアンプル収納具１６をパスボックス４の上部収容パイプ５３の直上の位置まで移動させる。

ついで、アンプル収納具１６を上部収容パイプ５３に挿入し、アンプル収納具１６に収められている複数のアンプルのうち、目的のアンプルが収容パイプ５３の取出窓５４の位置まで降下した時にアンプル収納具１６の挿入を停止する。この際、アンプル収容具１６に収容されたアンプル３３が取出窓５４に面するようになっている。
この時、２個のバーコードリーダー５６，５６が取出窓５４に露出しているアンプルのバーコードを読み取り、その識別管理番号を制御装置６に送る。

制御装置６では、バーコードリーダー５６，５６からの識別管理番号と入力装置６からの識別管理番号を比較し、両者が一致した場合に目的のアンプルであることを確認し、表示灯、表示ブザーなどで表示する。
操作者は、この表示を確認した後、パスボックス４の外扉５０を開き、内扉５１から操作口４９を経て手を内部に差し込み、アンプルを取り出す。

ついで、入力装置６の「取出投入完了ボタン」を押すと、把持ヘッド６０は、そのアンプル収納具１６を上部収容パイプ５３から引き抜き、凍結保存容器２の元の位置に挿入して、出庫作業が終了する。

以上説明したように、本実施形態の凍結保存装置１によれば、収納部１ａに予備凍結装置３と凍結保存容器２とを備えているため、予備凍結による作業を簡便に行うことができる。また、予備凍結装置３から凍結保存容器２への搬送が作業空間部１ｂで行われるため、アンプル収納具１６を移動する際の、アンプル３３の昇温のリスクを低減することができる。

また、本実施形態の凍結保存装置１によれば、作業空間部１ｂが乾燥ガスで充満されて乾燥した状態が保たれているため、アンプル収納具１６を予備凍結装置３から凍結保存容器２へと搬送する際に、アンプル収納具１６（アンプル３３）や凍結保存容器２に霜が付着することを抑制することができる。したがって、アンプル３３の表面に記載された試料管理コードの読み取りが容易に行えるため、アンプルの取り間違えを低減することができる。

さらに、本実施形態の凍結保存装置１によれば、予備凍結装置３がアンプル収納具１６を収容する鞘管３８と低温液化ガスを噴射するノズル３９とを備えており、アンプルを予備凍結する際に、低温液化ガスの潜熱および顕熱を利用することができるため、アンプル中の試料の潜熱を容易に除去することができる。また、ノズル３９が、鞘管３８の上下方向の略中央部分に低温液化ガスを噴射可能に配置されているため、アンプル収納具１６に収納された複数のアンプルの冷却を均一に行うことができる。さらに、温度センサー４７、制御装置６、電磁弁４６により、アンプルの冷却温度を高精度に制御することができる。

更にまた、本実施形態の凍結保存装置１によれば、作業空間部１ｂが乾燥ガスで充満され陽圧とされている。これにより、大気の進入を防ぐことができるため、作業空間部１ｂ内に塵埃、バクテリア、ウイルスなどを伴う大気、作業員の呼気の混入が抑制され、乾燥した状態かつ清浄な状態に保つことができる。したがって、予備凍結装置３へのアンプル収納具１６の挿入又は取り出し作業や、凍結保存容器２へのアンプル収納具１６の挿入又は取り出し作業や、アンプル収納具１６を予備凍結装置３から凍結保存容器２へと搬送する際に、アンプルの汚染を防止することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施形態の凍結保存装置１では、予備凍結装置３が一つのノズル３９を備えた場合を説明したが、予備凍結装置３は複数のノズル３９を備えていても良い。例えば、図１１に示すように、鞘管３８の長手方向に沿って複数配置しても良い。複数のノズル３９を備える場合には、単一のノズル３９を備える場合よりも鞘管３８を均一に冷却制御することが可能となる。

また、本実施形態の凍結保存装置１では、予備凍結装置３を一つ備えた場合を説明したが、予備凍結装置３を複数備えていても良い。この場合には、複数の予備冷却プログラムを並行して実行できるため、作業効率が向上する。

本発明により、バイオ分野や医療分野、製薬分野、畜産分野における各研究機関や医療機関において、様々な生体試料を長期的に安定的に保存することを可能とする。

１…凍結保存装置、１ａ…収納部、１ｂ…作業空間部、２…凍結保存容器、３…予備凍結装置（予備凍結手段）、４…パスボックス、５…自動搬送装置、６…制御装置（メモリ）、７…排気口、８…露点センサー、９…露点計、１０…乾燥ガス供給管、１１…流量調整弁、１２…気化器、１３…液化ガス供給管、１４…容器本体、１５…キャップ、１６…アンプル収納具、１７…鞘管、１８…内槽、１９…外槽、２０…液化ガス供給源、２１…液面センサー、２２…温度センサー、２３…上板、２４…下板、２５…断熱体、２６…挿入孔、２８…支持柱、２９…断熱部、３０…把手部、３１…アンプル収納部、３２…ガイドパイプ、３３…アンプル、３４…パッキング、３５…ガス抜きパイプ、３６…ガス抜き弁、３７…冷却チャンバ、３８…鞘管（保護部材）、３９…ノズル、４１…断熱性キャップ、４２…挿入孔、４３…排出管、４４…排気管、４５…液化ガス供給管、４６…電磁弁（制御手段）、４７…温度センサー（温度測定手段）、４９…操作口、５０…外扉、５１…内扉、５２…可撓ベルト、５３…上部収納パイプ、５４…取出窓、５５…放出口、５６…バーコードリーダー、５７…下部収納パイプ、５８…Ｙ軸架台、５９…Ｚ軸レール、６０…把持ヘッド、６１…把持片、６２…脚部、６３…クランプ、６４…入力装置

Claims (5)

1. アンプルの予備凍結を行うための予備凍結手段と、前記アンプルを凍結保存するための凍結保存容器と、を収納した収納部と、
   前記収納部の上部に連通して設けられた作業空間部と、を備え、
   前記作業空間部が乾燥ガスで充満されて陽圧とされており、
   前記作業空間部では、前記予備凍結手段への前記アンプルの挿入又は取り出し作業と、前記凍結保存容器への前記アンプルの挿入又は取り出し作業と、前記予備凍結手段と前記凍結保存容器との間の前記アンプルの搬送と、が行われることを特徴とする凍結保存装置。
2. 前記予備凍結手段は、冷却チャンバと、前記冷却チャンバ内に収容される保護部材と、前記冷却チャンバに設けられて前記保護部材に低温液化ガスを噴射する１以上のノズルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の凍結保存装置。
3. 前記ノズルが、少なくとも前記保護部材の上下方向の略中央部分に低温液化ガスを噴射可能に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の凍結保存装置。
4. 前記保護部材が、金属からなる円筒部分を有する部材であることを特徴とする請求項２又は３に記載の凍結保存装置。
5. 前記冷却チャンバ内の温度を測定する温度測定手段と、
   所定の温度制御パターンを記憶するメモリと、
   前記メモリ内の情報と前記温度測定手段による測定値とに基づいて、前記ノズルへの低温液化ガスの供給量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の凍結保存装置。

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