JP5584153B2

JP5584153B2 - 予備凍結器

Info

Publication number: JP5584153B2
Application number: JP2011041909A
Authority: JP
Inventors: 滋弘吉村; 啓吾牧田; 守藤田
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP2012177663A

Description

本発明は、予備凍結器に関し、詳しくは、低温液化ガス容器を利用してバイオメディカル、医療、製薬等の基礎研究等に用いられる生体試料やサンプルを緩慢凍結法により予備凍結するための予備凍結器に関する。

一般的に、生体試料の凍結保存を行う際には、緩慢凍結法によって生体試料をある温度までゆっくりと予備凍結した後、凍結保存容器内に収容した極低温の液体窒素中に浸漬して凍結保存するようにしている。従来、緩慢凍結法による予備凍結は、生体試料を凍結培地と共にキャップ付きのマイクロチューブやバイアル，アンプル，バッグ等の試料容器に封入し、プログラムフリーザーによって冷却制御しながら−１℃／ｍｉｎ程度の速度で温度を下げていって予備凍結したり、生体試料を凍結培地と共に断熱ケースに収容して−８０℃程度の恒温保冷庫に所定時間保持して予備凍結したりしている。また、予備凍結にプログラムフリーザーや恒温保冷庫等の機器を用いない方法として、生体試料を収納した凍結容器の蓋を通過可能なフリーザモジュールを配置し、温度制御機構で冷却用ファンの作動を制御しながら生体試料を予備凍結する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、前記試料を長期間凍結状態で保存するための凍結保存容器としては、外槽と内槽との間に断熱層を形成した断熱容器が用いられており、前記内槽の上部には、内槽より小径のネック部が上端を開口して連設され、該ネック部の上端開口部に、凍結保存試料を断熱容器内に吊り下げ状態で保持する吊り部材の上部を掛け止めておくための係止部材を設け、さらに、係止部材を含む断熱容器の上方をキャップにて覆うようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特表２００２−５１１８２６号公報特開２００７−２７１２７９号公報

しかし、上述のプログラムフリーザーや恒温保冷庫を用いるものでは、停電が発生したり、液体窒素の液切れが発生したりすると、生体試料の凍結不良が生じるおそれがある。また、プログラムフリーザーによる予備凍結では、生体試料を封入したマイクロチューブに直接液体窒素を噴霧するため、液体窒素や液体窒素配管に雑菌の混入があると、マイクロチューブのキャップの隙間から雑菌が侵入し、生体試料に雑菌が混入するおそれがあった。

さらに、特許文献１の方法では、生体試料に雑菌が混入するおそれはないものの、フリーザモジュールや貯蔵部，温度制御機構の構造が複雑で、装置が大型化し、コストも嵩んでいた。また、特許文献２の凍結保存容器は、停電や液体窒素の液切れの発生による凍結不良のおそれがなく、さらに、雑菌の混入を防止することができるが、凍結保存を目的としたものであるから、この凍結保存容器を用いて予備凍結を行うことはできなかった。

そこで本発明は、被凍結物の緩慢凍結法による被凍結物の予備凍結を、市販の各種低温液化ガス容器を使用して簡単かつ確実に行うことができる予備凍結器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の予備凍結器は、低温液化ガスを収容する低温液化ガス容器に設けられた口栓部に着脱可能に装着して緩慢凍結法による予備凍結を行う予備凍結器であって、前記口栓部の内部に挿入される有底円筒状の断熱材からなり、内部に予備凍結室を有する凍結器本体と、該凍結器本体の底部を貫通して前記低温液化ガス容器の内部と前記予備凍結室の内部とを熱的に結合する熱誘導軸と、被凍結物を封入した試料容器を予備凍結室の内部に保持するとともに、前記熱誘導軸に熱的に結合した試料容器保持部材と、前記予備凍結室の上部開口に装着される蓋部材と、前記凍結器本体を前記口栓部内に保持するための保持部とを備え、前記熱誘導軸は、前記低温液化ガス容器の内部に挿入される先端部分の外面に伝熱フィンが突設され、前記熱誘導軸の軸線方向に複数の軸部材を連結して形成されるとともに、外周に軸線方向に複数設けられた周溝と、該周溝に装着されて前記予備凍結室内で前記試料容器保持部材を支持するリング状の支持部材とを備え、前記支持部材を装着する周溝を選択することにより試料容器保持部材の支持位置が熱誘導軸の軸線方向に調節可能に形成されていることを特徴としている。

さらに、本発明の予備凍結器において、前記低温液化ガス容器が液体窒素式の凍結保存容器であることを特徴としている。

本発明の予備凍結器によれば、市販の各種低温液化ガス容器の口栓部に対応した形状の凍結器本体を使用することにより、各種低温液化ガス容器を利用して生体試料などの各種被凍結物を緩慢に凍結させることができる。また、停電に影響されることなく、液体窒素の液切れも発生しにくく、雑菌が侵入するおそれもない。特に、簡単な構造であるから、製造コストも低廉であり、取り扱いも容易であることから、緩慢凍結法による予備凍結に要するコストの削減を図ることができる。

本発明の一形態例を示す予備凍結器の一部断面正面図である。予備凍結器の一使用状態を示す凍結保存容器の断面図である。

まず、図２に示すように、本発明の予備凍結器で被凍結物を緩慢凍結法により予備凍結する際に使用する低温液化ガス容器としての液体窒素式の凍結保存容器１１は、外槽１２と内槽１３との間に断熱層を形成した断熱容器１４からなるものであって、内槽１３は、円筒状の容器本体１３ａと、該容器本体１３ａの上部に上方が縮径した円錐部１３ｂを介して連設されたネック部（口栓部）１３ｃとが一体的に形成されている。外槽１２は、断熱層を介して前記容器本体１３ａを収容する円筒部１２ａと、前記口栓部１３ｃを収容する上方が縮径した縮径部１２ｂとが一体的に形成され、該縮径部１２ｂの上端部と前記口栓部１３ｃの上端部とが溶着されて外槽１２と内槽１３とが一体的に形成されている。

また、口栓部１３ｃの上端開口部には、この凍結保存容器１１の本来の使用目的である試料の長期凍結保存を行う際に、凍結保存試料を内槽１３内に吊り下げ状態で保持する吊り部材（図示せず）の上部を掛け止めておくためのリング状の係止部材１５が設けられている。さらに、係止部材１５の上には、口栓部１３ｃの上部を覆う外蓋１４ａが取り付けられ、上面外周側には、凍結保存容器１１を持ち運ぶ際に使用するハンドル１４ｂが設けられている。

このように形成された凍結保存容器１１を使用して緩慢凍結法による試料の予備凍結を行うための予備凍結器１６は、図１に示すように、前記口栓部１３ｃの内部に挿入される有底円筒状に形成された凍結器本体１７と、該凍結器本体１７の内部に上方が開口した状態で設けられた予備凍結室１８と、前記凍結器本体１７の底部に設けた通孔１７ａを貫通して予備凍結室１８の内部と断熱容器１４の内部とを熱的に結合する熱誘導軸１９と、予備凍結室１８の内部で試料容器を保持する試料容器保持部材２０と、予備凍結室１８の上部開口に装着される蓋部材２１と、凍結器本体１７を口栓部１３ｃの所定位置に保持するための保持部として、凍結器本体１７の上部外周から突出した鍔部２２とを備えている。

前記凍結器本体１７は、断熱材、例えば発泡塩化ビニル、発泡ウレタンや発泡シリコンなどで形成されており、口栓部１３ｃの内径より凍結器本体１７の外径を小さくしたり、凍結器本体１７の外周面に軸線方向の凹溝を設けたりすることにより、断熱容器１４内で気化したガスを外部に排出することができるように形成されている。また、鍔部２２は、凍結器本体１７と一体に形成することができる。一方、前記熱誘導軸１９及び前記試料容器保持部材２０は、伝熱性が良好なアルミニウムや銅などの金属で形成されている。

前記熱誘導軸１９は、予備凍結室１８の内部と断熱容器１４の内部とを連通する前記通孔１７ａに嵌め込まれた下部熱誘導軸１９ａと、該下部熱誘導軸１９ａの上端に挿入されて熱的に結合される上部熱誘導軸１９ｂとに分割形成されており、上部熱誘導軸１９ｂの上部には、伝熱性の低い合成樹脂などで形成された吊り棒２３が着脱可能に取り付けられている。

前記試料容器保持部材２０は、中心部に前記上部熱誘導軸１９ｂを挿通する通孔２０ａを設けた円柱状のものであって、通孔２０ａの周囲には、被凍結物を封入したマイクロチューブ等の試料容器２４を保持するための複数の収容穴２０ｂが周方向に等間隔で設けられている。この試料容器保持部材２０は、前記上部熱誘導軸１９ｂに装着されたリング状の弾性部材、例えばシリコンゴムなどからなる支持部材２５によって予備凍結室１８内の所定位置に支持されている。上部熱誘導軸１９ｂの外周には、前記支持部材２５を装着するための周溝２５ａが上下方向（軸線方向）に複数箇所設けられ、支持部材２５を装着する周溝２５ａを選択することにより、予備凍結室１８内における試料容器保持部材２０の支持高さを調節可能としている。

吊り棒２３の上部は、蓋部材２１の中央に設けた通孔２１ａを貫通し、さらに、外蓋１４ａに形成した通孔１４ｃを貫通して外蓋１４ａの上方に突出しており、外蓋１４ａから突出した吊り棒２３の上端には、球状の摘み部２３ａが設けられている。なお、前記外蓋１４ａの通孔１４ｃは、摘み部２３ａを挿通可能な大きさの径を有するものであってもよい。

また、下部熱誘導軸１９ａの上部側には、凍結器本体１７の底面に当接して前記通孔１７ａへの下部熱誘導軸１９ａの挿入量を規制することによって下部熱誘導軸１９ａを位置決めするための鍔部１９ｃが設けられ、下部熱誘導軸１９ａの下端部には、下部熱誘導軸１９ａを中心として複数の伝熱フィン１９ｄが放射状に等間隔で突設されている。

前記凍結保存容器１１及び前記予備凍結器１６を使用して被凍結物、例えば生体試料を緩慢凍結法により予備凍結する際には、凍結器本体１７の通孔１７ａに下部熱誘導軸１９ａの上端部を嵌め込んで固定した状態とし、所定量の低温液化ガス、通常は液体窒素を貯留した凍結保存容器１１の断熱容器１４の内部に、口栓部１３ｃから下部熱誘導軸１９ａを挿入し、凍結器本体１７の鍔部２２を係止部材１５の上面に当接させて凍結器本体１７を口栓部１３ｃ内の所定位置に装着する。

一方、生体試料を封入した試料容器２４を収容穴２０ｂに保持した試料容器保持部材２０の通孔２０ａに上部熱誘導軸１９ｂを下方から挿通し、所定の周溝２５ａに装着した支持部材２５によって試料容器保持部材２０を支持した状態とし、試料容器保持部材２０を凍結器本体１７の予備凍結室１８内に挿入するとともに、上部熱誘導軸１９ｂの下端部を下部熱誘導軸１９ａの上端部開口に挿入して下部熱誘導軸１９ａと上部熱誘導軸１９ｂと連結する。また、通孔２１ａに吊り棒２３を挿通した蓋部材２１を予備凍結室１８の上部開口に装着する。

これにより、液体窒素の冷熱が、伝熱性が良好な材料でそれぞれ形成された伝熱フィン１９ｄ、下部熱誘導軸１９ａ、上部熱誘導軸１９ｂ及び試料容器保持部材２０を介して試料容器２４に伝達され、試料容器２４内の生体試料を緩慢に冷却する。このとき、断熱容器１４内の液体窒素の液面高さ、伝熱フィン１９ｄの位置、下部熱誘導軸１９ａ及び上部熱誘導軸１９ｂの長さ、下部熱誘導軸１９ａと上部熱誘導軸１９ｂとの熱的結合状態、上部熱誘導軸１９ｂと試料容器保持部材２０との熱的結合状態、予備凍結室１８内の試料容器保持部材２０の位置、試料容器保持部材２０の収容穴２０ｂと試料容器２４との熱的結合状態、試料容器２４の本数、生体試料の状態や量などの各種条件を適切に設定することにより、生体試料の冷却速度を適切な範囲、例えば−１℃／ｍｉｎ程度の冷却速度に設定することができる。

例えば、伝熱フィン１９ｄを液体窒素中に浸漬することによって伝熱フィン１９ｄの温度を低くすることで冷却速度を速くすることができ、逆に、伝熱フィン１９ｄを液体窒素の液面より高い位置に設定することによって冷却速度を遅くすることができる。また、予備凍結室１８内の温度は、蓋部材２１に近いほど相対的に高くなるので、支持部材２５を装着する周溝２５ａを上部側にすることで、予備凍結室１８の底部側に試料容器保持部材２０を位置させたときよりも、予備凍結時の温度を高くして冷却速度を遅くすることができる。

このように、市販の通常の凍結保存容器１１を使用し、前記予備凍結器１６を凍結保存容器１１の口栓部１３ｃに装着するだけで各種試料を緩慢凍結法によって予備凍結させることができる。被凍結物を予備凍結させる冷却源は、凍結保存容器１１内の液体窒素だけであるから、予備凍結処理中に停電が発生しても全く問題はなく、また、液体窒素の消費量も少ないので液切れが発生することもなく、液体窒素にかかわるコストを削減することができる。さらに、試料容器２４は、予備凍結室１８内に封入された状態になっているので、外部から雑菌が侵入することもない。

したがって、生体試料などの被凍結物を緩慢凍結法によって予備凍結する際のコストを大幅に低減できるとともに、予備凍結処理を容易かつ確実に行うことができ、しかも、プログラムフリーザーや恒温保冷庫などの機器を必要としないことから、予備凍結処理に要するコストの大幅な削減、処理効率の大幅な向上を図ることができる。また、試料の凍結保存に使用する凍結保存容器を予備凍結にも使用することにより、予備凍結から凍結保存までを一つの凍結保存容器だけで実施できるので、使用する機器を少なくできる。一方、凍結保存容器だけでなく、各種低温液化ガス容器の口栓部の形状に対応した形状に予備凍結器１６の凍結器本体１７を適宜形成することにより、凍結器本体１７以外の他の部材は共通化することが可能であるから、前述のような凍結保存容器だけでなく、各種低温液化ガス容器でも、予備凍結器１６を使用して各種被凍結物の予備凍結処理を行うことができる。

なお、あらかじめ設定された時間が経過して予備凍結が終了した試料容器は、予備凍結器から取り出して従来と同様に所定の凍結保存を行えばよく、予備凍結に使用した凍結保存容器を凍結保存用の容器として利用することもできる。また、下部熱誘導軸と上部熱誘導軸とを連続した１本の熱誘導軸として形成することも可能であり、熱誘導軸を伸縮可能な構造とすることもできる。さらに、熱誘導軸に対する試料容器保持部材の位置を固定してもよく、伝熱フィンを省略することもできる。また、各材料は、伝熱性、断熱性、強度、成形性などを考慮して選定することができ、特に限定されるものではない。

１１…凍結保存容器、１２…外槽、１２ａ…円筒部、１２ｂ…縮径部、１３…内槽、１３ａ…容器本体、１３ｂ…円錐部、１３ｃ…口栓部、１４…断熱容器、１４ａ…外蓋、１４ｂ…ハンドル、１４ｃ…通孔、１５…係止部材、１６…予備凍結器、１７…凍結器本体、１７ａ…通孔、１８…予備凍結室、１９…熱誘導軸、１９ａ…下部熱誘導軸、１９ｂ…上部熱誘導軸、１９ｃ…鍔部、１９ｄ…伝熱フィン、２０…試料容器保持部材、２０ａ…通孔、２０ｂ…収容穴、２１…蓋部材、２１ａ…通孔、２２…鍔部、２３…吊り棒、２３ａ…摘み部、２４…試料容器、２５…支持部材、２５ａ…周溝

Claims

低温液化ガスを収容する低温液化ガス容器に設けられた口栓部に着脱可能に装着して緩慢凍結法による予備凍結を行う予備凍結器であって、前記口栓部の内部に挿入される有底円筒状の断熱材からなり、内部に予備凍結室を有する凍結器本体と、該凍結器本体の底部を貫通して前記低温液化ガス容器の内部と前記予備凍結室の内部とを熱的に結合する熱誘導軸と、被凍結物を封入した試料容器を予備凍結室の内部に保持するとともに、前記熱誘導軸に熱的に結合した試料容器保持部材と、前記予備凍結室の上部開口に装着される蓋部材と、前記凍結器本体を前記口栓部内に保持するための保持部とを備え、
前記熱誘導軸は、前記低温液化ガス容器の内部に挿入される先端部分の外面に伝熱フィンが突設され、前記熱誘導軸の軸線方向に複数の軸部材を連結して形成されるとともに、外周に軸線方向に複数設けられた周溝と、該周溝に装着されて前記予備凍結室内で前記試料容器保持部材を支持するリング状の支持部材とを備え、前記支持部材を装着する周溝を選択することにより試料容器保持部材の支持位置が熱誘導軸の軸線方向に調節可能に形成されている予備凍結器。
前記低温液化ガス容器が液体窒素式の凍結保存容器である請求項１記載の予備凍結器。