JP2024068286A - 予備凍結装置 - Google Patents

Abstract

【課題】収容空間に収容された複数の凍結保存用ラックの中から凍結保存用ラックを取り出す際に、収容空間にある凍結保存用ラックが昇温することを抑制した予備凍結装置を提供する。【解決手段】凍結保存用ラック５０に収納された試料を予備凍結させる予備凍結装置１であって、凍結保存用ラック５０を収容する収容空間Ｋを有する装置本体２と、装置本体２の収容空間Ｋに臨む上部開口部２ａを開閉する蓋体７と、上部開口部２ａを部分的に開閉する少なくとも２つ以上の内蓋８とを備える。内蓋８は、収容空間Ｋに収容される凍結保存用ラック５０毎に、凍結保存用ラック５０の出入範囲を開閉するように設けられている。【選択図】図７

Description

本発明は、予備凍結装置に関する。

例えば、新薬の開発や医療の基礎研究では、血液、実験動物の精子、受精卵、細胞などの生物学的試料（以下、単に「試料」という。）が用いられている。試料は、常温では生物学的作用により劣化する。このため、凍結保存装置などにより試料を凍結保存するのが一般的である。凍結保存装置としては、液体窒素を用いた凍結保存装置が、長期間安定して保存できるため、広く用いられている。

上述した試料を例えば－１５０℃以下の低温下で凍結保存する場合、常温の試料を－１５０℃まで急冷させると、細胞の生存率が低下することが知られている。このため、試料を凍結保存する前に、例えばプログラムフリーザや凍結コンテナに収納された試料を凍結する機械式冷凍機などの予備凍結装置を用いて、常温から所定の温度（例えば－８０℃）まで冷却速度を制御しながら、試料を予備凍結させることが行われている（例えば、下記特許文献１，２を参照。）。

また、試料を予備凍結させる際は、先ず、試料を培地と共にバイアル等の凍結保存用チューブに充填した後、その内側が升目状に区画された凍結保存用ボックスの保存空間に凍結保存用チューブを収納する。

さらに、凍結保存用ボックスは、凍結保存用ラックに収納される。凍結保存用ラックは、ラック部が上下方向に複数段に亘って設けられたラック本体を備え、ラック部毎に凍結保存用ボックスを収納する。

そして、試料を予備凍結させる際は、複数の凍結保存用ラックが収容可能なプログラムフリーザ等の予備凍結装置を用いて、凍結保存用ラックのラック部毎に収納された凍結保存用ボックスを冷却する。

プログラムフリーザは、温度調節計により設定された温度制御プログラムに従い、液体窒素等からなる冷媒の噴出量又は冷凍機の出力等を調節することによって、凍結保存用ラックを収容する収容空間の温度を適切に冷却制御するものである。

特開２０１６－１８３８４６号公報 特開２０１７－２０３５９７号公報

ところで、上述したプログラムフリーザ等の予備凍結装置では、収容空間に収容された複数の凍結保存用ラックの中から１つの凍結保存用ラックを取り出す際に、残りの凍結保存用ラックが外気に曝されることから、収容空間にある凍結保存用ラックが昇温してしまうことがあった。

予備凍結装置では、上述した凍結保存用ラックを収容する収容空間の温度を適切に冷却制御する必要があることから、凍結保存用ラックの冷却状態をきちんと管理し、凍結保存される試料の品質を維持することが求められている。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、収容空間に収容された複数の凍結保存用ラックの中から凍結保存用ラックを取り出す際に、収容空間にある凍結保存用ラックが昇温することを抑制した予備凍結装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 凍結保存用ラックに収納された試料を予備凍結させる予備凍結装置であって、
前記凍結保存用ラックを収容する収容空間を有する装置本体と、
前記装置本体の前記収容空間に臨む上部開口部を開閉する蓋体と、
前記上部開口部を部分的に開閉する少なくとも２つ以上の内蓋とを備えることを特徴とする予備凍結装置。
〔２〕 前記内蓋は、前記収容空間に収容される前記凍結保存用ラック毎に、前記凍結保存用ラックの出入範囲を開閉するように設けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載の予備凍結装置。
〔３〕 前記凍結保存用ラックの出入範囲を区画するように、前記装置本体の上部開口部の周囲に取り付けられたフレームを備え、
前記内蓋は、前記フレームより区画された開口領域を開閉するように取り付けられていることを特徴とする前記〔２〕に記載の予備凍結装置。
〔４〕 前記フレームは、前記装置本体の上部開口部を格子状に区画する枠材により構成され、
前記枠材は、前記装置本体の上部開口部の周囲に懸架した状態で取り付けられていることを特徴とする前記〔３〕に記載の予備凍結装置。
〔５〕 前記フレームは、前記開口領域に対応した開口部が設けられた板材により構成され、
前記板材は、前記装置本体の上部開口部の周囲に嵌め込んだ状態で取り付けられていることを特徴とする前記〔３〕に記載の予備凍結装置。
〔６〕 前記内蓋は、少なくとも一部が前記開口領域に嵌め込まれた状態で、前記フレームに取り付けられていることを特徴とする前記〔３〕に記載の予備凍結装置。

以上のように、本発明によれば、収容空間に収容された複数の凍結保存用ラックの中から凍結保存用ラックを取り出す際に、収容空間にある凍結保存用ラックが昇温することを抑制した予備凍結装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る予備凍結装置の構成を示す正面図である。 図１に示す予備凍結装置の構成を示す上面図である。 凍結保存用ラックの構成を示す正面図である。 凍結保存用ラックの構成を示す側面図である。 枠材により構成されたフレームを備えた予備凍結装置の構成を示す上面図である。 図５に示すフレームに内蓋が取り付けられた状態を示す上面図である。 図５中に示す線分Ａ－Ａによる予備凍結装置の断面図である。 図７に示す予備凍結装置の要部を拡大した断面図である。 図５に示すフレームを備えた予備凍結装置の変形例を示す断面図である。 図９に示すフレームに内蓋が取り付けられた状態を示す上面図である。 開口部が設けられた板材により構成されたフレームを備えた予備凍結装置の構成を示す上面図である。 図１１に示すフレームに内蓋が取り付けられた状態を示す上面図である。 図１１に示すフレームを備えた予備凍結装置の構成を示す断面図である。 図１１に示すフレームの開口部の周囲に段差部が設けられた構成を示す上面図である。 図１１に示すフレームを備えた予備凍結装置の変形例を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（予備凍結装置）
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１及び図２に示す予備凍結装置１の構成について説明する。
なお、図１は、予備凍結装置１の構成を示す正面図である。図２は、予備凍結装置１の構成を示す上面図である。

本実施形態の予備凍結装置１００は、図１及び図２に示すように、複数（本実施形態では３つ）の凍結保存用ラック５０を収容する方形状の収容空間Ｋを有して、温度調節計により設定された温度制御プログラムに従い、液体窒素からなる冷媒の噴出量を調節することによって、凍結保存用ラック５０を収容する収容空間Ｋの温度を適切に冷却制御するプログラムフリーザである。

具体的に、この予備凍結装置１は、複数（本実施形態では６つ）の凍結保存用ラック５０を収容する収容空間Ｋを有する装置本体２と、収容空間Ｋに冷媒となる液体窒素を供給する供給口３と、供給口３を介して供給された液体窒素を噴出する噴出口４と、噴出口４から噴射された液体窒素を拡散させるファン５と、収容空間Ｋにおいて気相状態となった液体窒素を排気する排気口６と、収容空間Ｋに臨む上部開口部２ａを開閉する蓋体７と、上部開口部２ａを部分的に開閉する少なくとも２つ以上（本実施形態では６つ）の内蓋８と、各部の制御を行う制御部９とを備えている。

本実施形態では、収容空間Ｋに配置される凍結保存用ラック５０の背面側の中央部にファン５が配置されている。噴出口４は、このファン５の近傍に位置して、ファン５に向けて液体窒素を噴出する。排気口６は、収容空間Ｋの側方に配置されている。

装置本体２と蓋体７とは、断熱構造を有しており、装置本体２に対して蓋体７が回動自在に取り付けられている。

（凍結保存用ラック）
次に、上記凍結保存用ラック５０の具体的な構成について、図３及び図４を参照しながら説明する。

なお、図３は、凍結保存用ラック５０の構成を示す正面図である。図４は、凍結保存用ラック５０の構成を示す側面図である。

本実施形態の凍結保存用ラック５０は、図３及び図４に示すように、ラック部５１が上下方向に複数段（本実施形態では７段）に亘って設けられたラック本体５２を備えている。

ラック本体５２は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属や、耐低温性に優れたステンレス鋼などの金属などからなり、ラック部５１の各々の底面を構成する複数（本実施形態では７つ）の底板５３と、その最上段に位置するラック部の上面を構成する天板５４と、その側面を構成する４つの支柱５５とを有している。

ラック本体５２は、これら複数の底板５３、天板５４及び４つの支柱５５をネジ止めや溶接等（本実施形態ではネジ止め）により接合することによって、全体として上下方向に延びる略直方体形状を有している。また、４つの支柱５５は、複数の底板５３及び天板５４の四隅を支持している。さらに、天板５４には、一対の取手部５６が回動自在に取り付けられている。

これにより、凍結保存用ラック５０では、ラック部５１の各々に対して、凍結保存用ボックス（図示せず。）をラック本体５２の正面側から前後方向にスライド自在に出入することが可能となっている。
（凍結保存用ボックス及び凍結保存用チューブ）

凍結保存用ボックスは、例えば樹脂製又は金属製の箱体からなり、上部が開口した方形状を為すと共に、その内側に収納される凍結保存用チューブ毎に、升目状に区画された複数の保存空間を有している。

凍結保存用チューブは、バイアルと呼ばれる有底円筒状のキャップ付き容器であり、その内側に試料を細胞凍結保存液（凍結保存培地）と共に充填した後、凍結保存用ボックスの保存空間に収納される。なお、凍結保存用チューブについては、上述したバイアルに限らず、試料を保存可能なものであればよい。

（予備凍結方法）
試料を予備凍結させる際は、先ず、試料を凍結保存培地と共に凍結保存用チューブに充填した後、凍結保存用ボックスの各保存空間に凍結保存用チューブを収納する。また、凍結保存用ラック５０のラック部５１毎に凍結保存用ボックスを収納する。

そして、図１及び図２に示すように、予備凍結装置１の収容空間Ｋに凍結保存用ラック５０を収容した後、温度調節計により設定された温度制御プログラムに従い、液体窒素の噴出量を調節しながら、凍結保存用ラック５０を収容する収容空間Ｋの冷却温度を制御する。これにより、各凍結保存用チューブに充填された試料を予備凍結させることが可能である。

ところで、本実施形態の予備凍結装置１は、図５及び図６に示すように、凍結保存用ラック５０の出入範囲を区画するように、装置本体２の上部開口部２ａの周囲に取り付けられたフレーム１０を備えている。

（枠材により構成されたフレーム）
具体的に、このフレーム１０は、例えば図５～図８に示すような枠材２０により構成されている。

なお、図５は、枠材２０により構成されたフレーム１０を備えた予備凍結装置１の構成を示す上面図である。図６は、図５に示す枠材２０（フレーム１０）に内蓋８が取り付けられた状態を示す上面図である。図７は、図６中に示す線分Ａ－Ａによる予備凍結装置１の断面図である。図８は、図７に示す予備凍結装置１の要部を拡大した断面図である。

枠材２０は、装置本体２の上部開口部２ａの周囲を囲む矩形枠状の外枠２１と、外枠２１の内側に位置して互いに直交する棒状の縦枠２２及び横枠２３とを有している。外枠２１、縦枠２２及び横枠２３は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属や、耐低温性に優れたステンレス鋼などの金属などからなる。

外枠２１は、装置本体２の上部開口部２ａの内側に嵌め込まれた状態で、上部開口部２ａの周囲に沿って設けられた段差部２ｂの上に設置されている。

外枠２１の内周部には、縦枠２２の両端と横枠２３の両端とが嵌め込まれる複数の切欠凹部２１ａ，２１ｂが設けられている。複数の切欠凹部２１ａ，２１ｂは、互いに向かい合った状態で外枠２１の周囲に並んで設けられている。

縦枠２２と横枠２３とは、互いに向かう切欠凹部２１ａ，２１ｂの間で、それぞれの両端が切欠凹部２１ａ，２１ｂに嵌め込まれることによって、外枠２１の周囲に懸架した状態で取り付けられている。

また、縦枠２２と横枠２３との交差部分には、溝部２２ａ，２３ａが設けられ、互いの溝部２２ａ，２３ａ同士を嵌合させることによって、縦枠２２と横枠２３との交差部分に段差が生じることを防止している。

これにより、枠材２０は、装置本体２の上部開口部２ａを格子状に区画するフレーム１０を構成している。また、枠材２０は、収容空間Ｋに収容される凍結保存用ラック５０毎に、凍結保存用ラック５０の出入範囲を区画している。

内蓋８は、例えばウレタンフォームやポリスチレンフォームなどの断熱性に優れた樹脂などからなる平板により構成されている。内蓋８は、収容空間Ｋに収容される凍結保存用ラック５０毎に、凍結保存用ラック５０の出入範囲を開閉するように取り付けられている。内蓋８は、断熱性に優れた材質のものを使用することが好ましいものの、少なくとも収容空間Ｋの気体の流出を防ぐことができればよいため、断熱性が低い材質のものを使用することも可能である。

すなわち、この内蓋８は、枠材２０により構成されるフレーム１０より区画された複数（本実施形態では６つ）の開口領域Ｅを開閉するように取り付けられている。また、内蓋８は、少なくとも一部が開口領域Ｅに嵌め込まれた状態で、フレーム１０に取り付けられている。本実施形態では、枠材２０を構成する外枠２１の内側に内蓋８が嵌め込まれた状態で取り付けられている。

以上のような構成を有する本実施形態の予備凍結装置１では、上述した収容空間Ｋに収容された複数の凍結保存用ラック５０の中から１つの凍結保存用ラック５０を取り出す際に、この凍結保存用ラック５０を出し入れする内蓋８のみを取り外して、装置本体２の上部開口部２ａを部分的に開口させる。

これにより、本実施形態の予備凍結装置１では、収容空間Ｋに収容された複数の凍結保存用ラック５０の中から１つの凍結保存用ラック５０を取り出す際に、残りの凍結保存用ラック５０が外気に曝されることを防止し、収容空間Ｋにある凍結保存用ラック５０が昇温することを抑制することが可能である。

なお、上記フレーム１０を構成する枠材２０では、例えば図９に示すように、縦枠２２と横枠２３との切欠凹部２１ａ，２１ｂに嵌め込まれる位置を変更することによって、枠材２０により区画される出入範囲（開口領域Ｅ）を変更することが可能である。具体的に、図９に示す構成では、収容空間Ｋに収容される４つの凍結保存用ラック５０の配置に合わせて、枠材２０により装置本体２の上部開口部２ａが４つの開口領域Ｅに区画されている。

この構成の場合、図１０に示すように、枠材２０により区画される出入範囲（開口領域Ｅ）に合わせた内蓋８を開閉自在に取り付けて、装置本体２の上部開口部２ａを部分的に開閉することが可能である。

これにより、例えば、凍結保存用ラック５０の大きさを変更する場合や異なる大きさの凍結保存用ラック５０を収容する場合であっても、枠材２０により区画される出入範囲（開口領域Ｅ）に合わせた内蓋８を新たに作製するだけで、予備凍結装置１に凍結保存用ラック５０を収容することが可能である。

（開口部が設けられた板材により構成されたフレーム）
また、本実施形態の予備凍結装置１は、フレーム１０として、上記枠材２０の代わりに、例えば図１１～図１４に示すような開口部３０ａが設けられた板材３０を備えた構成であってもよい。

なお、図１１は、開口部３０ａが設けられた板材３０により構成されたフレーム１０を備えた予備凍結装置１の構成を示す上面図である。図１２は、板材３０（フレーム１０）に内蓋８が取り付けられた状態を示す上面図である。図１３は、開口部３０ａが設けられた板材３０により構成されたフレーム１０を備えた予備凍結装置１の構成を示す断面図である。図１４は、開口部３０ａの周囲に段差部３０ｂが設けられた構成を示す上面図である。

板材３０は、例えば、ウレタンフォームやポリスチレンフォームなどの断熱性に優れた樹脂からなる平板により構成されている。板材３０は、装置本体２の上部開口部２ａの内側に嵌め込まれた状態で、上部開口部２ａの周囲に沿って設けられた段差部２ｂの上に設置されている。板材３０は、断熱性に優れた材質のものを使用することが好ましいものの、少なくとも収容空間Ｋの気体の流出を防ぐことができればよいため、断熱性が低い材質のものを使用することも可能である。

板材３０には、収容空間Ｋに収容される凍結保存用ラック５０毎に、凍結保存用ラック５０の出入範囲（開口領域Ｅ）を区画する複数（本実施形態では６つ）の開口部３０ａが設けられている。また、板材３０には、開口部３０ａの周囲に沿って段差部３０ｂが設けられている。

内蓋８は、これら複数の開口部３０ａを開閉するように取り付けられている。また、内蓋８は、少なくとも一部が開口部３０ａ（開口領域Ｅ）に嵌め込まれた状態で、板材３０（フレーム１０）に取り付けられている。本実施形態では、開口部３０ａの内側に内蓋８が嵌め込まれた状態で、段差部３０ｂの上に設置されている。

以上のような構成を有する本実施形態の予備凍結装置１では、上述した収容空間Ｋに収容された複数の凍結保存用ラック５０の中から１つの凍結保存用ラック５０を取り出す際に、この凍結保存用ラック５０を出し入れする内蓋８のみを取り外して、板材３０の開口部３０ａを部分的に開口させる。

これにより、本実施形態の予備凍結装置１では、収容空間Ｋに収容された複数の凍結保存用ラック５０の中から１つの凍結保存用ラック５０を取り出す際に、残りの凍結保存用ラック５０が外気に曝されることを防止し、収容空間Ｋにある凍結保存用ラック５０が昇温することを抑制することが可能である。

なお、上記フレーム１０を構成する板材３０では、例えば図１５に示すように、上述した収容空間Ｋに収容される凍結保存用ラック５０の配置や数、大きさなどに合わせて、開口部３０ａの配置や数、大きさなどを適宜変更することが可能である。

これにより、例えば、凍結保存用ラック５０の大きさを変更する場合や異なる大きさの凍結保存用ラック５０を収容する場合であっても、開口部３０ａに合わせた内蓋８を新たに作製するだけで、予備凍結装置１に凍結保存用ラック５０を収容することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも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、本発明が適用される予備凍結装置については、上述した凍結保存用チューブに必ずしも限定されるものではなく、試料が充填されたバックなどであってもよい。また、上記凍結保存用ラックを用いた予備凍結方法により、試料を予備凍結させるものであればよい。バックを使用する場合は、金属製のケースに入ったバックを上記凍結保存用ラックに収納してもよく、バックの大きさに応じた収納空間を有する凍結保存用ラックにバックを直接収納してもよい。

また、本発明が適用される予備凍結装置については、上述したプログラムフリーザに必ずしも限定されるものではなく、例えば機械式冷凍機などであってもよく、上記凍結保存用ラックを用いた予備凍結方法により、試料を予備凍結させるものであればよい。

１…予備凍結装置 ２…装置本体 ２ａ…上部開口部 ３…供給口 ４…噴出口 ５…ファン ６…排気口 ７…蓋体 ８…内蓋 ９…制御部 １０…フレーム ２０…枠材 ２１…外枠 ２１ａ，２１ｂ…切欠凹部 ２２…縦枠 ２３…横枠 ３０…板材 ３０ａ…開口部 Ｋ…収容空間 ５０…凍結保存用ラック

Claims (6)

1. 凍結保存用ラックに収納された試料を予備凍結させる予備凍結装置であって、
   前記凍結保存用ラックを収容する収容空間を有する装置本体と、
   前記装置本体の前記収容空間に臨む上部開口部を開閉する蓋体と、
   前記上部開口部を部分的に開閉する少なくとも２つ以上の内蓋とを備えることを特徴とする予備凍結装置。
2. 前記内蓋は、前記収容空間に収容される前記凍結保存用ラック毎に、前記凍結保存用ラックの出入範囲を開閉するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の予備凍結装置。
3. 前記凍結保存用ラックの出入範囲を区画するように、前記装置本体の上部開口部の周囲に取り付けられたフレームを備え、
   前記内蓋は、前記フレームより区画された開口領域を開閉するように取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の予備凍結装置。
4. 前記フレームは、前記装置本体の上部開口部を格子状に区画する枠材により構成され、
   前記枠材は、前記装置本体の上部開口部の周囲に懸架した状態で取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の予備凍結装置。
5. 前記フレームは、前記開口領域に対応した開口部が設けられた板材により構成され、
   前記板材は、前記装置本体の上部開口部の周囲に嵌め込んだ状態で取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の予備凍結装置。
6. 前記内蓋は、少なくとも一部が前記開口領域に嵌め込まれた状態で、前記フレームに取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の予備凍結装置。

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