JP2543288Y2 - 細胞凍結装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は受精卵などの細胞や、細胞融合や遺伝子導入
などの処置を施した細胞を凍結して保存するための装置
に関するものである。

（従来の技術） 細胞を凍結する際、徐々に冷却していくと細胞内に含
まれている水分が結晶化し、その結晶が成長して核や細
胞膜を破壊し、細胞を死滅させてしまう。そこで、細胞
を凍結する際には急速に冷却し、細胞内の水分の結晶が
成長しないようにすることが重要である。

細胞を急速に凍結するために、ほぼ液化温度（4.2K）
まで冷却したHe（ヘリウム）ガスの噴流の中に細胞を吹
き飛ばして冷却している。

他の方法として細胞の大きさに比べて太い内径をもつ
プラスチックチューブに細胞を生理食塩水などの溶液と
ともに吸い込み、そのプラスチックチューブを液体窒素
などの冷媒に入れて凍結保存している。

（考案が解決しようとする課題） Heガスで細胞を直接凍結する方法では、高価な液体He
の消費が多くなり、運転コストが高くなるうえ、細胞の
吹込み時や回収時に細胞に損傷を与える問題がある。

細胞を太いチューブに入れて冷却すると細胞の周りに
溶液が存在するため、チューブ内壁と溶液間の熱の伝達
係数が低く、熱伝達が悪くなり、かつ、熱容量が大きく
なって細胞の凍結速度が遅くなり、氷の成長を十分に防
ぐことができず、細胞の生存率が低くなる。そこで、チ
ューブ内壁と溶液間の熱の伝達をよくするために、本考
案者は、凍結保存しようとする細胞をその細胞と同等又
はそれよりも内径の細いチューブに装填して細胞をチュ
ーブの壁面に直接接触させることを提案した（特願昭63
−108032号）。チューブは熱伝導のよい金属チューブが
好ましいが、ガラスやプラスチックも使用することがで
きる。

細胞をチューブに装填して冷凍保存する場合の次の課
題は、冷媒によってチューブ自体をいかに急速に冷却す
るかである。例えば液体窒素を冷媒として用いた場合、
十分な沸騰熱伝達量を確保するには、細胞を装填したチ
ューブと冷媒との間に十分に速い相対速度を与えない
と、チューブの周りに蒸発した窒素ガスが溜り、窒素ガ
スによって伝熱が妨げられる結果、冷却速度を十分に速
くすることができない。

本考案は細胞を装填したチューブを急速に冷却するこ
とのできる装置を提供することを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 本考案は、冷媒を収容する容器と、この容器を回転さ
せる回転機構と、細胞が装填されたチューブを前記容器
中で移動している冷媒中に突出させて挿入する突出機構
とを備えた細胞凍結装置である。

（作用） 細胞が装填されたチューブを突出機構で冷媒中に挿入
すると、チューブは常温から冷媒温度に向かって急速に
冷却される。このとき、チューブと接触した冷媒が蒸発
するが、冷媒は容器とともに回転しているので、チュー
ブの周りに発生した冷媒のガスはその回転による相対速
度で取り除かれる。

（実施例） 第１図は一実施例を表わす。

１はモータであり、その回転軸には容器２が取りつけ
られ、容器２を回転させる。容器２の回転速度は、その
周速が数十m/秒程度となるように設定されている。容器
２は冷媒３を収容し、上部からサンプル保持台４が挿入
できるように上部に開口が設けられ、上記の縁には冷媒
３が飛び出すのを防ぐためのつば部2aが設けられてい
る。

４はサンプル保持台であり、容器２の開口から容器２
内に降ろされる。サンプル保持台４には冷凍保存しよう
とする細胞が装填されたチューブ９を水平方向に突出さ
せる突出機構が設けられている。

突出機構は、サンプル保持台４に組み込まれたソレノ
イド５、ソレノイド５の通電による磁界で移動するアー
マチュア６、アーマチュア６とともに水平方向に移動
し、その先端にチューブ９を保持するシャフト７とから
構成されている。シャフト７の先端にはチューブ９を止
めネジ又はチャックにより保持する機構が取りつけられ
ている。

チューブ９の一例を第２図に示す。

チューブ９は金属製、ガラス製又はプラスチック製で
ある。細胞８を装填する部分の内径は細胞８の直径と同
等又はそれ以下であり、チューブ９の一部にくびれ部10
が設けられている。

このチューブ９に細胞８を装填するには、チューブ９
の一端から細胞８を溶液とともに吸引し、又は細胞８を
溶液とともに注入することにより、細胞８は変形されて
チューブ９内に入り、チューブ９の壁面と直接接触した
状態で、くびれ部10で止まる。

次に、本実施例の動作について説明する。

容器２に冷媒３として例えば液体窒素を入れ、モータ
１により容器２を回転させる。液体窒素３には遠心力が
働き、液体窒素３は図のように容器２の外周部にへばり
付いた状態になる。容器２の上部にはつば部2aが設けら
れているので、液体窒素３は容器２から飛び出さずに保
持される。液体窒素３はモータ１の回転によって例えば
数十m/秒の周速をもつ。

一方、突出機構のシャフト７の先端には細胞が装填さ
れたチューブ９が保持され、突出機構はサンプル保持台
４によって容器２内に降ろされ、第１図の状態になる。

次に、ソレノイド５に通電すると、アーマチュア６が
吸引され、それとともにシャフト７が水平方向で液体窒
素３の方向に突出し、チューブ９を短時間のうちに液体
窒素３中に浸漬させる。この突出機構によるシャフト７
の移動は、移動開始から終了までを数ミリ秒程度で終る
ようにし、チューブ９のうち細胞８が装填されている部
分が液体窒素３に浸漬し初めてから完全に浸漬し終るま
での時間が１ミリ秒〜数ミリ秒程度で終るようにするこ
とが望ましい。

これにより、細胞が装填されたチューブ９が液体窒素
３中に急激に浸漬され、チューブ９は急激に冷却される
と同時に、液体窒素３の移動によってチューブ９と液体
窒素３の間には液体窒素３の移動速度の相対速度が発生
するので、チューブ９の周りには液体窒素３の蒸発によ
って発生したガスが留まることはなく、熱伝達が良好に
行なわれてチューブ９及び細胞８が急速に冷却される。

チューブ９に細胞８を装填するには、第２図のように
くびれ部10をもったチューブを用いる場合に限らず、第
３図に示されるようにくびれ部のないチューブ9aを用い
ることもできる。チューブ9aの内径も細胞８の直径と同
等又はそれ以下である。チューブ9aを用いる場合もチュ
ーブ9aに吸引又は注入により細胞８を装填し、チューブ
9aの一端を冷却して溶液を凍結させて封止部11としてお
けばよい。

第１図の実施例では突出機構にソレノイド５を使用し
ているが、チューブ９を保持した部分を突出させる機構
は、ソレノイド以外にも例えばバネ力を利用したもの、
油圧や空気圧を利用したもの、又はラックピニオンによ
る方式のものなどでもよい。

また、容器２を回転させるためにモータ１を使用して
いるが、モータ１に代えて例えば羽根を取りつけ、圧縮
空気を吹きつけて容器２を回転させるようにすることも
できる。

（考案の効果） 本考案では、冷媒を容器に収容して回転させ、移動し
ている冷媒中に、細胞が装填されたチューブを保持して
突出させて挿入するようにしたので、細胞が装填された
チューブを急激に冷却することができ、凍結の際の氷の
結晶成長を防ぐことができて、細胞の生存率を上げるこ
とができる。

また、冷媒として液体窒素を使用することができるの
で、高価な液体ヘリウムを使用する方法に比べて運転コ
ストが低くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す断面図、第２図及び第３図は同
実施例で冷却されるチューブの例を示す断面図である。 １……モータ、２……容器、３……液体窒素、４……サ
ンプル保持台、５……ソレノイド、６……アーマチュ
ア、７……シャフト、８……細胞、9,9a……チューブ。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒を収容する容器と、この容器を回転さ
   せる回転機構と、細胞が装填されたチューブを前記容器
   中で移動している冷媒中に突出させて挿入する突出機構
   とを備えた細胞凍結装置。