JP7389138B2 - バイオニック氷制御材料及びこのバイオニック氷制御材料を含有する凍結保存液 - Google Patents
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Description
本発明は医用生体材料の技術分野に属し、具体的にはバイオニック氷制御材料及びこのバイオニック氷制御材料を含有する凍結保存液に関する。
凍結保存とはバイオ材料を超低温状態下で保存することにより、細胞の新陳代謝及び***速度を低下させるか又は停止させ、一旦正常な生理的温度に回復すると成長し続けられることである。この技術は登場して以来、自然科学分野に不可欠な研究方法の一つとなり、既に広く採用されている。近年、生活ストレスの増加に伴い、ヒトの生殖能力は年々低下する傾向を呈し、生殖能力の保存はますます人々に重視され、ヒト生殖細胞(***、卵母細胞)、生殖腺組織などの凍結保存は生殖能力を保存する重要な手段となっている。また、世界の人口高齢化が激しくなるにつれて、寄付された再生医学及び臓器移植に用いることができるヒト由来細胞、組織又は器官の凍結保存に対する需要も急速に増加する。従って、どのように貴重な細胞、組織及び器官資源を効率的に凍結保存して使用に備えるかは早急に解決すべき科学技術的問題となる。
上記従来技術の欠点を改善するために、本発明はバイオニック氷制御材料の分子設計方法及び氷制御材料のスクリーニング方法を提供し、人々がバイオニック氷制御材料を合成してスクリーニングすることを指導することができ、本発明はさらにこの方法に基づいて得られたバイオニック氷制御材料及びこれらの材料を含有する凍結保存試薬を提供する。
使用時、前記氷吸着室内に氷制御材料の水溶液が収容され、中間層温浴室に所定温度の温浴媒体例えば水浴、氷浴又は油浴などが収容される。冷却液の温度が設定温度に達した後、温度コントローラから流出し、中空の温度制御棒の中空構造に流入し、温度制御棒の温度を制御し、次に温度制御棒の液体排出口から流出し、さらに外層冷却液貯蔵室に流入して温浴媒体の温度を所定のレベルに保持し、さらに冷却液貯蔵室の液体排出口により温度コントローラの還流端を流れて温度コントローラに入って循環する。
本発明の氷制御材料の分子設計方法及び氷制御材料のスクリーニング方法は、互いに独立して行われてもよく、組み合わせて行われてもよい。一実施形態において、本発明は氷制御材料を設計してスクリーニングする全フロー方法を提供し、順に以下のステップを含む。第1態様に記載の分子設計ステップ、第2態様に記載の氷制御材料をスクリーニングするステップである。
1. 本発明は初めて氷制御分子が氷水混合相において氷晶成長を制御するメカニズムを発見し、氷制御材料は氷と水といずれも良好な親和性を有する必要がある。氷制御分子が氷と親和性を有すると氷表面によく吸着すること保証される。分子が水と親和性を有すると氷水界面でよりよく広がることを確保され、それによりできるだけ少量の材料を用いて、最大の氷表面積をカバーすることを実現する。この氷制御メカニズムに基づいて、親氷性能及び親水性能を両立する氷制御分子を設計する設計構想を提供し、氷制御材料の合成に新たな方法を提供する。
〔図1〕氷制御材料の分子構造概略図である。
以下に具体的な実施例を参照しながら本発明の調製方法をさらに詳細に説明する。理解すべきことは、以下の実施例は本発明を例示的に説明して解釈するものに過ぎず、本発明の請求範囲を限定するものと解釈されるべきではない。本発明の上記内容に基づいて実現された技術はいずれも本発明の請求範囲内に含まれる。
本発明の氷制御材料コア分子は、各種の、水と親和性を有する基及び氷と親和性を有する基が共有結合又は非共有結合例えばイオン結合により接続されるように設計することができる。
(1)親水基及び親氷基を含有する化合物分子構造のライブラリを構築する。
他の実施形態において、前記ペプチド化合物は、式(1)-式(8)に示した構造のいずれかを有する。
本発明の調製方法によれば、樹脂の膨潤、アミノ保護のアミノ酸を膨潤した樹脂に共有結合により接続されること、脱保護、別のアミノ保護のアミノ酸を添加して縮合反応させること、脱保護、切断、精製のステップを含む。
本発明はさらに式(9)に示すペプチド化合物を提供し、
-[CH2-CHOH]-を有する繰り返し単位を含有する化合物分子を設計し、ランダム及びアイソタクチックのポリビニルアルコール分子モデルを含む分子構造ライブラリを得る。
MDシミュレーション実験によりランダムポリビニルアルコール及びアイソタクチックポリビニルアルコールの氷と水とに対する親和性差異を予測する。
a-PVAは三倍の隣接OHの距離が氷の格子サイズとマッチングするため、氷表面と水素結合作用を効果的に発生させて氷面に吸着することができる。i-PVAはヒドロキシ基の方向のみを変更して隣接OHの距離を変更しないため、i-PVAとa-PVAは類似した氷と吸着作用を発生させる能力を有することを保証することができる。同時に、MDシミュレーション結果から分かるように、a-PVAと水分子で形成された分子間水素結合数はi-PVAと水分子で形成された分子間水素結合数よりも多いため、a-PVAが水との親和性はi-PVAよりも強い。また、MDシミュレーションにおいて6本のPVA分子鎖の氷水界面での状態に示すように、a-PVAは氷及び水といずれも良好な親和性を有するため氷水界面でより拡散する傾向があるが、i-PVAは水との親和性が弱いため、氷水界面で凝集する傾向がある(図2)。
(4.1)アタクチックポリビニルアルコールa-PVAの調製:分子量が約13~23 kDaであり、シンジオタクティシティr(diad syndiotacticity)が約55%である。
(5.1)動的光散乱DLS実験
二種類のPVA(a-PVA:分子量が約13~23 kDaであり、シンジオタクティシティr(diad syndiotactticity)が約55%(Sigma-Aldrich)である。i-PVA:分子量が約14~26 kDaであり、アイソタクティティーm(isotactticity)が約84%である)の25℃の水溶液における粒径分布を動的光散乱(DLS)実験で測定し、実験装置は恒温チャンバ及び4 mW He-Neレーザ(λ=632.8 nm)を備えたNano ZS(Malvern Instruments)であり、ここで散乱角が173°である。まず、それぞれ濃度が1.0 mg mL-1、4.0 mg mL-1、10 mg mL-1、20 mg mL-1のa-PVA及びi-PVA水溶液を調製する。約1.0 mLのPVA溶液を12 mmの使い捨てポリスチレンキュベットに入れて測定する。
氷晶再結晶抑制(IRI)活性は「スパッタリング凍結法」を採用し、サンプルをDPBS溶液に溶解分散し、10~30 μLの上記溶液を1.0 m以上の高さで-60℃で予冷されたきれいなシリコンウェハ表面に滴下し、冷熱台を利用して10℃ min-1の速度で-6℃まで徐々に加熱し、かつこの温度で30 minアニーリングし、偏光顕微鏡及び高速カメラを利用して氷晶の大きさを観察して記録し、冷熱台を密封し、内部の湿度が約50%であることを保証する。各サンプルを少なくとも三回繰り返し、Nano Measurer 1.2を用いて氷晶のサイズを統計し、統計結果の誤差は標準偏差である。
氷晶形態(DIS)の観察及び熱ヒステリシス(Thermal Hysteresis、TH)の測定はナノリットル浸透圧計を採用し、まずアルコールランプの外炎で毛細管を溶融し、同時にそれを延伸して極細孔径毛細管を生成し、毛細管を微量試料注入器に接続する。粘度の高いレンズオイルをミクロン孔径の円形シートに注入し、微量試料注入器を利用して材料が溶解した水溶液を微孔に注入する。温度を制御することにより、液滴を迅速に凍結させ、かつゆっくりと加熱して単結晶氷を得て、0.01℃の精度でゆっくりと冷却し、高速カメラを備えた顕微鏡を利用して氷晶形態及びTHテストを観察する。
(1) 2-クロロトリチルクロリド樹脂(2-Chlorotrityl Chloride Resin)を反応管に入れ、DCM(20 mL g-1)を添加し、30分間振動する。溶媒をサンドコアで吸引濾過して除去し、三倍モル過剰なFmoc-L-Pro-OHを添加し、さらに8倍モル過剰なDIEAを添加し、最後にDMFを添加して溶解し、30分間振動する。メタノールで30分間シールする。
(1) 2-クロロトリチルクロリド樹脂を反応管に入れ、DCM(20 mL g-1)を添加し、30分間振動する。溶媒をサンドコアで吸引濾過して除去し、三倍モル過剰なFmoc-L-Thr(tBu)-OHを添加し、さらに8倍モル過剰なDIEAを添加し、最後にDMFを添加して溶解し、30分間振動する。メタノールで30分間シールする。
(1) 2-クロロトリチルクロリド樹脂を反応管に入れ、DCM(20 mL g-1)を添加し、30分間振動する。溶媒をサンドコアで吸引濾過して除去し、三倍モル過剰なFmoc-L-Thr(tBu)-OHを添加し、さらに8倍モル過剰なDIEAを添加し、最後にDMFを添加して溶解し、30分間振動する。メタノールで30分間シールする。
(1) 2-クロロトリチルクロリド樹脂を反応管に入れ、DCM(20 mL g-1)を添加し、30分間振動する。溶媒をサンドコアで吸引濾過して除去し、三倍モル過剰なFmoc-L-Thr(tBu)-OHを添加し、さらに8倍モル過剰なDIEAを添加し、最後にDMFを添加して溶解し、30分間振動する。メタノールで30分間シールする。
(1) 2-クロロトリチルクロリド樹脂を反応管に入れ、DCM(20 mL g-1)を添加し、30分間振動する。溶媒をサンドコアで吸引濾過して除去し、三倍モル過剰なFmoc-L-Thr(tBu)-OHを添加し、さらに8倍モル過剰なDIEAを添加し、最後にDMFを添加して溶解し、30分間振動する。メタノールで30分間シールする。
式(6)に示す化合物の調製:
(1) 固相合成の方法によりGDL-L-Thrを調製する。
固相合成方法で調製されたGDL-L-Thrの純度がより高く、生成物の分離に役立ち、実験結果によれば、固相合成で調製されたGDL-L-Thrの純度がより高く、かつ良好な氷晶成長抑制能力を保持する(図13)。
(1) DichlorodimethylsilaneのDCM溶液をポリペプチド合成管に注入し、30分間静置した後に合成管を乾燥させて使用に備える。
Rは-CH3、-CH2CH3及び-CH2CH2COOHのペプトイドである。質量分析による同定444.6はRが-CH3の[M+H]+、528.8はRが-CH2CH3の[M+H]+、792.1はRが-CH2CH2COOHの[M+H]+である。
氷晶再結晶抑制(IRI)活性は「スパッタリング凍結法」を採用し、サンプルをDPBS溶液に溶解分散し、10~30 μLの上記溶液を1.0 m以上の高さで-60℃で予冷されたきれいなシリコンウェハ表面に滴下し、冷熱台を利用して10℃/minの速度で-6℃まで徐々に加熱し、かつこの温度で30 minアニーリングし、偏光顕微鏡及び高速カメラを利用して氷晶の大きさを観察して記録し、冷熱台を密封し、内部の湿度が約50%であることを保証する。各サンプルを少なくとも三回繰り返し、Nano Measurer 1.2を用いて氷晶のサイズを統計し、統計結果の誤差は標準偏差である。
氷制御材料の氷表面での吸着量=(氷表面に吸着された氷制御材料の質量m1/氷制御材料を含有する原溶液中の氷制御材料の総質量m2)×100%。
a-PVA:分子量は約13~23 kDaであり、シンジオタクティシティr(diad syndiotacticity)は約55%(Sigma-Aldrich)である。
i-PVA:分子量は約14~26 kDaであり、アイソタクティティーm(isotacticity)が約84%である。
氷吸着実験を用いてPVAの氷表面での吸着量を測定し、実験装置は図21に示す通りである。
氷晶再結晶抑制(IRI)活性は「スパッタリング凍結法」を採用し、上記二種類のPVAをそれぞれDPBS溶液に溶解分散し、10~30 μLの前記溶液を1.0 m以上の高さで-60℃で予冷されたきれいなシリコンウェハ表面に滴下し、冷熱台を利用して10℃ min-1の速度で-6℃まで徐々に加熱し、かつこの温度で30 minアニーリングし、偏光顕微鏡及び高速カメラを利用して氷晶の大きさを観察して記録し、冷熱台を密封し、内部の湿度が約50%であることを保証する。各サンプルを少なくとも三回繰り返し、Nano Measurer 1.2を用いて氷晶のサイズを統計し、結果の誤差は標準偏差である。
〔実施例10〕PVAを氷制御材料として含む凍結保存液の調製
1.凍結保存液の調製:以下の配合成分で凍結保存液を調製する
凍結保存液A:100 mL当たりに以下の成分を含有する:
凍結保存液C1:100 mL当たりに以下の成分を含有する:
凍結平衡液a:7.5 mLのエチレングリコール、7.5 mLのDMSOを65 mLのDPBSに添加し、均一に混合し、使用時に20 mLの血清を添加する。
凍結平衡液a:1 mL当たりに7.5%(v/v)のDMSO、7.5%(v/v)のエチレングリコール、20%(v/v)のウシ胎児血清を含有し、残量はDPBSである。
マウス卵母細胞をまず凍結平衡液に置いて5分間平衡化する。次に調製された凍結保存液に1分間置いて、凍結保存液に平衡化された卵母細胞を凍結キャリアレバーに置き、次に液体窒素(-196℃)に迅速に投入し、かつキャリアレバーを密封した後に保存し続ける。融解する時、凍結保存された卵母細胞を37℃の融解液Iに置いて5分間平衡化し、さらに融解液II-IVに順にそれぞれ3分間平衡化する。融解済みの卵母細胞を2時間培養した後に生存細胞数を観察し、生存率を計算する(表1を参照する)。
マウス胚をまず凍結平衡液に置いて5分間平衡化し、次に上記実施例又は比較例における配合成分で調製された凍結保存液に50秒間置いて、凍結保存液に平衡化された胚を凍結キャリアレバーに置き、次に液体窒素(-196℃)に迅速に投入し、かつキャリアレバーを密封した後に保存し続ける。融解する時、胚を37℃の融解液Iに置いて3分間平衡化し、さらに融解液II-IVに順にそれぞれ3分間平衡化する。融解済みの胚を2時間培養し、生存胚数を観察し、生存率を計算する(表2を参照する)。
上記実施例及び比較例の凍結保存液を用いて表3の方案に従ってそれぞれヒト臍帯間葉系幹細胞の凍結保存を行った。
〔適用例3〕卵巣器官及び卵巣組織の凍結保存
上記実施例及び比較例の凍結平衡液及び凍結保存液を用いて表4、表5の方案に従ってそれぞれ3日齢のマウス卵巣器官及び性成熟したマウスの卵巣組織切片を凍結保存した。
凍結保存液G:100 mL当たりに以下の成分を含有する:
凍結平衡液a:7.5 mLのエチレングリコール、7.5 mLのDMSOを65 mLのDPBSに添加し、均一に混合し、使用時に20 mLの血清を添加する。
凍結平衡液a:1 mL当たりに7.5%(v/v)のDMSO、7.5%(v/v)のエチレングリコール、20%(v/v)のウシ胎児血清を含有し、残量はDPBSである。
上記実施例11及び比較例2の凍結平衡液及び凍結保存液を用いて表6及び表7の方案に従ってそれぞれ卵母細胞及び胚の凍結保存を行う。凍結及び融解方法は適用例1と同じである。
上記実施例11及び比較例2の凍結保存液を用いて表8の方案に従ってそれぞれヒト臍帯間葉系幹細胞の凍結保存を行った。凍結及び融解方法は適用例2を参照する。
上記実施例11び比較例2の凍結平衡液及び凍結保存液を用いて表9、表10の方案に従ってそれぞれ3日齢のマウスの完全な卵巣器官及び性成熟したマウスの卵巣組織切片を凍結保存した。卵巣器官及び性成熟したマウスの卵巣組織への凍結及び融解方法は適用例3を参照する。
凍結保存液M:100 mL当たりに以下の成分を含有する:
凍結平衡液a:7.5 mLのエチレングリコール、7.5 mLのDMSOを65 mLのDPBSに添加し、均一に混合し、使用時に20 mLの血清を添加する。
凍結平衡液a:1 mL当たりに7.5%(v/v)のDMSO、7.5%(v/v)のエチレングリコール、20%(v/v)のウシ胎児血清を含有し、残量はDPBSである。
上記実施例13及び比較例2の凍結平衡液及び凍結保存液を用いて表11及び表12の方案に従ってそれぞれ卵母細胞及び胚の凍結保存を行う。凍結及び融解方法は適用例1と同じである。
上記実施例12及び比較例3の凍結保存液を用いて表13の方案に従ってそれぞれヒト臍帯間葉系幹細胞の凍結保存を行った。凍結及び融解方法は適用例2を参照する。
上記実施例12び比較例3の凍結平衡液及び凍結保存液を用いて表14、表15の方案に従ってそれぞれ3日齢のマウスの完全な卵巣器官及び性成熟したマウスの卵巣組織切片を凍結保存した。卵巣器官及び性成熟したマウスの卵巣組織への凍結及び融解方法は適用例3を参照する。
Claims (40)
- (1)親水基及び親氷基(ice-philic group)を含有する化合物分子構造のライブラリを構築する、
(2)分子動力学シミュレーションを採用し、ライブラリに含まれる各化合物分子の氷水二相界面での拡散性能をシミュレーションして評価する、および、
(3)広がり係数S>0の必要な氷親和性及び水親和性の化合物分子をスクリーニングする、ステップを含み、ここで、S=γ I-W - (γ IRIA-I +γ IRIA-W )、γ I-W は定数であり、即ち、氷水界面エネルギーγ I-W は材料と氷及び材料と水との界面エネルギーの和γ IRIA-I + γ IRIA-W (γ IRIA-I は材料と氷との界面エネルギー、γ IRIA-W は材料と水との界面エネルギー)より大きい、ことを特徴とする、氷制御材料の分子設計方法。 - 前記ステップ(2)における分子動力学シミュレーションはGROMACS、AMBER、CHARMM、NA分子動力学、又はLAMMPSにより行われることを特徴とする、請求項1に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、水分子モデルはTIP3P、TIP4P、TIP4P/2005、SPC、TIP3P、TIP5P、又はSPC/Eから選ばれることを特徴とする、請求項2に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、水分子モデルはTIP4P/2005水分子モデルであることを特徴とする、請求項2に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、力場パラメータはGROMOS、ESFF、MM形態力場、AMBER、CHARMM、COMPASS、UFF、CVFFの力場のうちの一種により提供されることを特徴とする、請求項2に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、化合物分子の間の相互作用、化合物分子と水分子との相互作用、および化合物分子と氷-水分子との相互作用をシミュレーションして計算することを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の分子設計方法。
- 前記作用は水素結合の形成可能性、ファンデルワールス作用、静電作用、疎水作用、またはπ-π作用を含むことを特徴とする、請求項6に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、前記分子相互作用をシミュレーションして計算する場合、温度及び圧力を調整することを特徴とする、請求項6に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、V-rescale温度コントローラ及び圧力コントローラを用いて温度及び圧力を調整することを特徴とする、請求項8に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、ポテンシャルパラメータを選択することにより化合物分子の分子配置を保持することを特徴とする、請求項8に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、水溶液系をシミュレーションする場合、x、y、zの三つの方向はいずれも周期性境界条件を採用し、氷水混合系をシミュレーションする場合、x、yの二つの方向は周期性境界条件を採用することを特徴とする、請求項8に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、立方体又は八面体の水ボックスを選択することを特徴とする、請求項8に記載の分子設計方法。
- 前記ステップ(2)の分子動力学シミュレーションにおいて、3.9×3.6×1.0 nm3の水ボックスを選択することを特徴とする、請求項8に記載の分子設計方法。
- 前記化合物分子の主鎖は炭素鎖又はペプチド鎖構造であることを特徴とする、請求項1~13のいずれか一項に記載の分子設計方法。
- 前記親水基は水分子と非共有結合作用を形成可能な官能基であり、
前記親氷基は氷と非共有結合作用を形成可能な官能基であることを特徴とする、請求項1~14のいずれか一項に記載の分子設計方法。 - 前記親水基は水と水素結合、ファンデルワールス作用、静電作用、疎水作用又はπ-π作用を形成することができる官能基であることを特徴とする、請求項15に記載の分子設計方法。
- 前記親水基はヒドロキシ基(-OH)、アミノ基(-NH2)、カルボン酸基(-COOH)、アミド基(-CONH2)から選ばれる少なくとも一種であるか、又は、前記親水基は、化合物分子の分子断片から選ばれ、前記化合物分子は、プロリン(L-Pro)、アルギニン(L-Arg)、およびリジン(L-Lys)からなる群より選ばれる1種以上の親水アミノ酸、グルコノラクトン(GDL)、糖類から選ばれることを特徴とする、請求項15に記載の分子設計方法。
- 前記親氷基は氷と水素結合、ファンデルワールス作用、静電作用、疎水作用又はπ-π作用を形成することができる官能基であることを特徴とする、請求項15に記載の分子設計方法。
- 前記親氷基はヒドロキシ基(-OH)、アミノ基(-NH2)、フェニル基(-C6H5)、ピロリジニル基(-C4H8N)から選ばれるか、又は、前記親氷基は、化合物分子の分子断片から選ばれ、前記化合物分子は、グルタミン(L-Gln)、トレオニン(L-Thr)、およびアスパラギン酸(L-Asn)からなる群より選ばれる1種以上の親氷アミノ酸、ベンゼン環(C6H6)、ピロリジン(C4H9N)から選ばれることを特徴とする、請求項15に記載の分子設計方法。
- 前記氷制御材料は親水基を含有するブロックと親氷基を含有するブロックが共有結合により結合されるか、又は親水基を含有する分子と親氷基を含有する分子がイオン結合により結合されることを特徴とする、請求項1~19のいずれか一項に記載の分子設計方法。
- 前記方法はさらに前記化合物分子を合成するステップを含むことを特徴とする、請求項1~20のいずれか一項に記載の分子設計方法。
- 前記方法はさらに前記化合物分子を重合反応、脱水縮合反応、又は遺伝子工学菌生物発酵の方法で合成することを特徴とする、請求項21に記載の分子設計方法。
- (1)氷制御材料の水との親和性を測定する、及び(2)前記氷制御材料の氷水界面での拡散性能を測定するステップを含むことを特徴とする、氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 前記ステップ(1)が前記氷制御材料の水での溶解度、水和定数、分散サイズ、及び/又は前記氷制御材料分子が水分子と形成された分子間水素結合数を測定する方法により測定されることを特徴とする、請求項23に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 前記ステップ(2)は氷吸着実験を用いて前記氷制御材料の氷表面での吸着量を測定し、
前記氷制御材料の氷表面での吸着量=(氷表面に吸着された氷制御材料の質量m1/氷制御材料を含有する原溶液中の氷制御材料の総質量m2)×100%であることを特徴とする、請求項23又は24に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。 - 前記氷吸着実験は、
S1、前記氷制御材料の水溶液を調製し、過冷却温度まで冷却する、
S2、予冷された温度制御棒を前記水溶液に置いて氷層が温度制御棒の表面に成長するように誘導し、水溶液を撹拌し続けることにより、氷制御材料が氷層の表面に徐々に吸着し、温度制御棒及び水溶液の温度が前記過冷却温度にあるように保持する、及び
S3、氷制御材料の氷表面での吸着量を測定することを含むことを特徴とする、請求項25に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。 - 前記温度制御棒は液体窒素、ドライアイス、又は超低温冷蔵庫凍結のうちのいずれか一種によって予冷することを特徴とする、請求項26に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 前記氷吸着実験過程において、前記過冷却温度及び吸着時間を一定に保持することにより得られた氷の表面積を誤差許容範囲内で不変に保持することを確保することを特徴とする、請求項26に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 前記ステップS1における氷制御材料は予め蛍光で標識されることを特徴とする、請求項26~28のいずれか一項に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 前記ステップS1における氷制御材料は予めフルオレセインで標識されることを特徴とする、請求項29に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 前記ステップS1において、前記氷制御材料自体が紫外線又は蛍光スペクトル吸収特性を有する場合、蛍光標識を行わないことを特徴とする、請求項29に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- ステップS3は、
S3a、吸着された氷塊を取り出し、純水で洗浄し、融解して氷制御材料吸着溶液を得る、及び
S3b、融解した氷制御材料吸着溶液の体積Vを測定し、前記吸着溶液における氷制御材料の質量/体積濃度cを測定し、式m1=cVにより氷表面に吸着された氷制御材料の質量m1を計算して得ることを含むことを特徴とする、請求項26~31のいずれか一項に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。 - 前記S3bにおいて、前記濃度cが紫外可視分光法により測定されることを特徴とする、請求項32に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 前記方法は氷晶成長制御材料をスクリーニングするために用いられることを特徴とする、請求項23~33のいずれか一項に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 前記方法はさらに、前記材料の水との親和性及び氷との親和性を評価するステップ(3)を含むことを特徴とする、請求項23~34のいずれか一項に記載の氷制御材料をスクリーニングする方法。
- 多層液体貯蔵室と、温度制御棒と、温度コントローラとを含み、前記多層液体貯蔵室は内から外へ順に氷吸着室、温浴室、冷却液貯蔵室を含み、前記温度制御棒は氷吸着室内に置かれ、前記温度制御棒及び液体貯蔵室の温度は温度コントローラにより制御される、請求項25又は26に記載の方法のための氷吸着実験装置。
- 前記温度制御棒は熱伝導材料で製造された中空構造であり、前記温度制御棒の中空構造に液体注入口及び液体排出口が設置され、前記温度コントローラは流体温度コントローラであり、前記温度コントローラに冷却液流出端及び還流端が設置され、前記冷却液貯蔵室の両端に液体注入口及び液体排出口が設置され、前記温度コントローラの冷却液流出端、温度制御棒の液体注入口、温度制御棒の液体排出口、冷却液貯蔵室の液体注入口、冷却液貯蔵室の液体排出口、及び温度コントローラの還流端は順に管路を介して連通し、前記管路内に冷却液が流れることを特徴とする、請求項36に記載の氷吸着実験装置。
- 前記多層液体貯蔵室にカバーが設置されることを特徴とする、請求項37に記載の氷吸着実験装置。
- 前記氷吸着実験装置の使用時、前記氷吸着室内に氷制御材料の水溶液が収容され、中間層温浴室に所定温度の温浴媒体が収容され、冷却液の温度が設定温度に達した後、温度コントローラから流出し、中空の温度制御棒の中空構造に流入し、温度制御棒の温度を制御し、次に温度制御棒の液体排出口から流出し、さらに外層冷却液貯蔵室に流入して温浴媒体の温度を所定のレベルに保持し、さらに冷却液貯蔵室の液体排出口により温度コントローラの還流端を流れて温度コントローラに入って循環することを特徴とする、請求項37に記載の氷吸着実験装置。
- 前記温浴媒体は、水浴、氷浴又は油浴であることを特徴とする、請求項39に記載の氷吸着実験装置。
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