JP5548732B2 - 凍結保存容器およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、近年臍帯血バンクの発展に伴い、耐寒性、可撓性に優れた袋状の容器が提案されている。例えば、ポリイミドフィルムとフッ素化エチレンプロピレン重合体フィルムとの積層フィルムからなるもの(特許文献1)や、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体フィルムからなるもの(特許文献2)等が提案されている。さらに、特許文献3には、電子線照射し2軸延伸されたエチレン−酢酸ビニル共重合体のフィルムで成形された凍結保存容器が開示されている。特許文献4には、2軸延伸された架橋ポリエチレンフィルムで成形された凍結保存容器が開示されている。
またシート同士あるいはシートとポート部品をヒートシールする場合、超高分子量ポリエチレンは分子量が100万以上と高いため、ポリエチレン分子鎖の流動性が悪い。そのためヒートシールが難しく、容器の安定した製造に問題があった。
つまり、本発明は、
[1] 少なくとも接着性含フッ素高分子フィルムを含む凍結保存容器、
[2] 接着性含フッ素高分子フィルムは接着性部位を有する含フッ素高分子からなる[1]に記載の凍結保存容器、
[3] 接着性部位が、炭素−炭素二重結合、カルボニル基[−C(=O)]、カルボニル基を有する基又は結合、ヒドロキシル基、シアノ基、スルホン酸基、およびエポキシ基からなる群より選択される少なくとも1つである[2]に記載の凍結保存容器、
[4] 接着性含フッ素高分子が、接着性部位として反応性官能基を有しており、以下の(A)と(B)を共重合して得られる共重合体である[3]に記載の凍結保存容器:
(A) 反応性官能基を有さない含フッ素モノマー
(B) 少なくとも1種類の反応性官能基を有する含フッ素モノマー、
[5] 反応性官能基を有さない含フッ素モノマーが、以下の式(1)で表現される[4]に記載の凍結保存容器:
[6] 反応性官能基を有さない含フッ素モノマーが、テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、1,2−ジフルオロクロロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(ビニルメチルエーテル)およびパーフルオロ(ビニルプロピルエーテル)からなる群より選択される少なくとも1つである[5]に記載の凍結保存容器、
[7] 反応性官能基を有する含フッ素モノマーが、以下の式(2)で表現される[4]〜[6]に記載の凍結保存容器:
[8] 接着性含フッ素高分子が、以下の式(3)で表現される[4]に記載の凍結保存容器:
[9] 接着性含フッ素高分子は、含フッ素モノマーに由来する含フッ素モノマー単位と、フッ素非含有モノマーに由来するフッ素非含有モノマー単位とを有するものである[3]に記載の凍結保存容器、
[10] 含フッ素モノマーはテトラフルオロエチレンであり、フッ素非含有モノマーはエチレンである[9]に記載の凍結保存容器、
[11] 少なくとも接着性含フッ素高分子フィルムと、該接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムを含む積層フィルムで構成され、該接着性含フッ素高分子フィルムが少なくとも片方の最外面に存在する[1]に記載の凍結保存容器、
[12] 該接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムが、耐寒性樹脂フィルムである[11]に記載の凍結保存容器、
[13] 耐寒性樹脂が、超高分子量ポリエチレン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体およびエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる群より選択される少なくとも1つである[12]に記載の凍結保存容器、
[14] 耐寒性樹脂が、ポリイミドである[13]に記載の凍結保存容器、
[15] 少なくとも接着性含フッ素高分子フィルムを、ヒートシールにより袋状に成形することを特徴とする凍結保存容器の製造方法、
および[16] 少なくとも接着性含フッ素高分子フィルムと、該接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムを含み、該接着性含フッ素高分子フィルムが少なくとも片方の最外面に存在する積層フィルムを、ヒートシールにより袋状に成形することを特徴とする[15]に記載の凍結保存容器の製造方法に関する。
上記接着性含フッ素高分子フィルムとは、主鎖および/または側鎖に少なくとも1つのフッ素原子を有する高分子で成形されたフィルムであり、該フィルムは有機材料からなる基材に接着する機能を有するものをいう。ここで接着とは、上記有機材料に上記接着性含フッ素高分子フィルムが、物理的および/または化学的結合などにより結合することをいい、結合強度の観点から、化学的結合が好ましいが、これに限定されるものではない。上記化学的結合とは、共有結合、イオン結合、配位結合、水素結合および分子間力などが挙げられ、結合の強度の観点から、好ましくは共有結合およびイオン結合、さらに好ましくは共有結合であるが、これに限定されるものではない。
(A) 反応性官能基を有さない含フッ素モノマー。
(B) 少なくとも1種類の反応性官能基を有する含フッ素モノマー。
上記(l+m)/nが2000を超えると、充分な接着性が得られないおそれがある。
上記接着性含フッ素高分子は、接着性部位として上述の反応性官能基を有していてもよい。
上記接着性含フッ素高分子フィルムは、後述の接着性フッ素樹脂層を形成するものであってもよい。上記接着性含フッ素高分子は、接着性フッ素樹脂を構成するものであってもよい。
本明細書において、上記接着性フッ素樹脂は、接着性部位を有するフルオロポリマーであることが好ましい。
本明細書において、上記フルオロポリマーについての「モノマー単位」は、ポリマー分子構造の一部分であって、モノマーに由来する部分を意味する。例えば、テトラフルオロエチレン単位は、−(CF2−CF2)−で表される。
CH2=CX3(CF2)nX4 (i)
(式中、X3は、水素原子又はフッ素原子を表し、X4は、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、nは、1〜10の整数を表す。)で表されるモノマー等が挙げられる。
(I)少なくとも、TFE及びEtを重合してなる共重合体、
(II)少なくとも、TFEと、下記一般式(ii):
CF2=CF−Rf 2 (ii)
(式中、Rf 2は、−CF3又は−ORf 1を表し、Rf 1は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表される少なくとも1種以上のモノマーとを重合してなる共重合体。
本明細書において、各モノマー単位についてのモル%は、共重合体の分子鎖を構成するモノマー単位が由来することとなったモノマーの合計モル数のうち、後述する接着性部位含有モノマー単位が由来することとなったモノマーのモル数を除いたモル数を100モル%とし、この100モル%中に占める各モノマー単位が由来することとなったモノマーのモル数の割合である。
上記各モノマー単位についてのモル%は、19F−NMRチャートから求めた値である。
上記その他のモノマーとしては、HFP、CTFE、プロピレン、下記一般式(iii):
CX5 2=CX6(CF2)nX7 (iii)
(式中、X5及びX6は、同一又は異なって、水素原子若しくはフッ素原子を表し、X7は、水素原子、フッ素原子又は塩素原子を表し、nは、1〜10の整数を表す。)で表されるモノマー、下記一般式(iv):
CF2=CF−ORf 1 (iv)
(式中、Rf 1は、炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基を表す。)で表されるモノマー等が挙げられ、通常これらの1種又は2種以上が用いられる。
上記その他のモノマー単位は、共重合体(I)の分子鎖を構成するモノマー単位100モル%のうち0〜20モル%の割合で有するものであってもよい。
本明細書において、「親和性」とは、水素結合、van der Waals力等、化学構造を変化させるまでに至らないPIフィルム等の有機材料との相互作用を示す性質を意味し、「反応性」とは、官能基等の化学構造を変化させる性質を意味する。
上記接着性部位としては、特に限定されないが、例えば、炭素−炭素二重結合、カルボニル基[−C(=O)]、カルボニル基を有する基又は結合等が挙げられ、上記接着性部位を有するフルオロポリマーにおいて、上記接着性部位は1種のみ存在するものであってもよいし、2種以上存在するものであってもよい。
上記「接着性部位」としては、上述の反応性官能基であってもよい。
上記カルボニル基を有する基又は結合としては、導入が容易であり、反応性が高い点から、カーボネート基、ハロゲノホルミル基等が好ましい。
本明細書において、上記「接着性部位」の数は、国際公開99/45044号パンフレットに記載のカルボニル基含有官能基の個数の測定方法に準じた赤外吸収スペクトル分析を行うことにより測定したものである。
上記接着性フッ素樹脂は、通常、重合によりフルオロポリマーを製造するに際し接着性部位を導入することにより得ることができるが、接着性部位を導入する方法としては特に限定されず、例えば、(1)接着性部位含有モノマーを共重合する方法、(2)接着性部位を有する重合開始剤を存在させて乳化重合等の水性媒体中での重合を行い、ポリマー鎖末端に該重合開始剤に由来する接着性部位を導入する方法、(3)重合に際し又は重合後の加熱等によりポリマー鎖中の炭素−炭素単結合が二重結合に変化することにより接着性部位を有することとなる方法等が挙げられる。
上記共重合の方法としては特に限定されず、例えば、含フッ素モノマー等の他の共単量体によるポリマー鎖形成時に接着性部位含有モノマーを系内に導入して行うランダム共重合であってもよいし、ブロック共重合、グラフト共重合であってもよい。グラフト共重合としては、例えば、フルオロポリマーに後述の不飽和カルボン酸類を付加させる方法等が挙げられる。
上記不飽和カルボン酸類としては、例えば、脂肪族不飽和カルボン酸及びその酸無水物が挙げられる。上記脂肪族不飽和カルボン酸としては、脂肪族不飽和モノカルボン酸であってもよいし、カルボキシル基を2個以上有する脂肪族不飽和ポリカルボン酸であってもよい。
上記脂肪族不飽和モノカルボン酸としては、例えば、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、それらの酸無水物等、炭素数3〜20の脂肪族モノカルボン酸等が挙げられる。上記脂肪族不飽和ポリカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸、シトラコン酸〔CAC〕、イタコン酸、アコニット酸、無水イタコン酸〔IAH〕及び無水シトラコン酸〔CAH〕等が挙げられる。
本明細書において、上記融点は、示差走査熱量計(セイコー社製)を用い、昇温速度10℃/分にて測定し、得られた融解ピークの極大値での温度である。
本明細書において、上記接着強度(x)は、積層フィルムを10mm幅に切り出し、その端の接着性フッ素樹脂層とPIフィルム等の接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムとを刃物を用いて剥離し掴みしろを作り、テンシロン万能試験機にて、25mm/分の速度で180°剥離させた時に要した強度である。
上記耐衝撃性は、凍結環境下から取り出した直後の樹脂フィルム又は樹脂シートについて、自由落下のダート法による衝撃試験方法(ステアケース法(JIS K 7124−1))を用いて評価するものである。上記耐衝撃性に優れた樹脂としては、上記ステアケース法(液体窒素温度)における50%破壊エネルギー(E50)が0.1以上、好ましくは0.2以上、更に好ましくは1.0以上であるものが好ましい。
上記PIフィルム等の接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムと接着性フッ素樹脂との積層は、例えば、押出ラミネーション法にて行うことができるし、PIフィルム等の接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムと接着性フッ素樹脂とを熱圧着等により貼り合わせて行うこともできる。
本発明において、押出ラミネーションは、押出工程により接着性フッ素樹脂に存在する接着性部位の接着性が発揮されることに特徴があると考えられるが、上記押出ラミネーションを不活性ガス中で行う場合及び/又はPIフィルム等の接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムを予め乾燥若しくは予熱することにより水分を除去しておく場合、上記接着性を充分に発揮することができると考えられる。
上記熱圧着は、120〜300℃の温度にて行うことが好ましい。該温度は、より好ましい下限が140℃であり、より好ましい上限が280℃である。
上記PIフィルム等の接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムは、熱圧着等により貼り合わせて積層する場合、積層前に予め予熱してもよいし、予備乾燥してもよい。
また、熱圧着等により各層を貼り合わせる場合、層間接着性を向上させるため、貼り合わせた後に加熱を行いエージングさせてもよい。
上記エージングの為の加熱は、200〜280℃にて行うことが好ましい。
上記凍結保存容器は、更に、用いる接着性フッ素樹脂の融点未満であれば、上記極低温ほどの低温でない低温領域下にあっても耐性があり、非常に幅広い温度範囲に耐性を示すことができるので、該極低温下においた後に常温下におく等の温度の急変に対しても、破損及び封止部におけるシール性の低下がない。
上記凍結保存容器に保存しうる生体試料としては、例えば、ヒト由来の生体試料、ヒト以外の動物又は植物由来の生体試料、ウイルス、微生物等の生体試料が挙げられる。
上記生体試料としては、また、植物の種子、花粉、培養細胞、茎頂細胞及び遺伝関連物質が挙げられる。
上記生体試料としては、また、海洋性藻類、魚類等の生体組織及び遺伝関連物質等が挙げられ、これらは、例えば、研究等の水産分野において用いられるもの等が挙げられる。
上述の遺伝子関連物質としては、DNA、宿主、ベクター等が挙げられる。
ポリイミドフィルムの片面または両面に、ポリテトラフルオロエチレンと、パーフルオロ(ビニルプロピルエーテル)と、パーフルオロ−(1,1,9,9−テトラハイドロ−2,5−ビストリフルオロメチル−3,6−ジオキサ−8−ノネノール)との3成分系ランダム共重合体フィルム(以下、それぞれ内層フッ素樹脂フィルム、外層フッ素樹脂フィルムとする)を重ねあわせ、熱ラミネート法により2層および3層フィルムを作製した。上記フィルムを寸法180×100mmになるようにカットしたシートを、内層フッ素樹脂フィルムが接するように2枚重ね合わせてヒートシール法により縁部10mmを熱溶着させることにより凍結保存容器を作成した。各フィルム層の膜厚を表1に示す。
上記3成分系ランダム共重合体フィルムの共重合組成比は、パーフルオロ−(1,1,9,9−テトラハイドロ−2,5−ビストリフルオロメチル−3,6−ジオキサ−8−ノネノール)モノマーユニット1に対して、ポリテトラフルオロエチレンモノマーユニットと、パーフルオロ(ビニルプロピルエーテル)モノマーユニットとの合計が99であった。上記共重合組成比は、19F−NMRにより測定した。
市販されているエチレン−酢酸ビニル共重合体製の凍結保存容器(BAXER社製)を用いた。
市販されているポリエチレン製の凍結保存容器(CharterMed社製)を用いた。
内容積820Lのガラスライニング性オートクレーブに純水200Lを入れ、径内を窒素ガスで充分に置換した後、真空にし、1−フルオロ−1,1−ジクロロエタン113kg及びヘキサフルオロプロピレン95kg、シクロヘキサン85gを仕込んだ。次いで、パーフルオロ(1,1,5−トリハイドロ−1−ペンテン)[CH2=CF(CF2)3H]292gを窒素ガスを用いて圧入し、槽内温度を35℃、攪拌速度を200rpmに保った。更にテトラフルオロエチレンを7.25kg/cm2Gになるまで圧入し、その後、エチレンを8kg/cm2Gになるまで圧入した。
(1)モノマー単位
19F−NMR分析を行い、測定した。
(2)カーボネート基数
接着性フッ素樹脂の粉末を室温にて圧縮成形し、厚さ0.05〜0.2mmフィルムを作製した。得られたフィルムについて赤外吸収スペクトル分析を行い、カーボネート基[−OC(=O)−O−]中のカルボニル基が帰属するピーク[1809cm−1(νC=O)]の吸光度を測定した。得られた測定値から、下記式に基づき主鎖炭素数1×106個あたりのカーボネート基の個数を算出した。
N=500AW/εdf
A:上記νC=Oの吸光度
ε:上記νC=Oでのモル吸光度係数[l・cm−1・mol−1]
(モデル化合物よりε=170とした。)
W:モノマー組成から計算される組成平均分子量
d:フィルムの密度[g/cm3]
f:フィルムの厚さ[mm]マイクロメーターにて測定。
上記赤外吸収スペクトル分析は、Perkin−Elmer FTIRスペクトロメーター1760X(Perkin−Elmer社製)を用いて40回スキャンして行った。νC=Oの吸光度の解析は、Perkin−Elmer Spectrum for Windows(登録商標) Ver.1.4Cソフトウェアにて行った。
(3)融点
示差走査熱量計(セイコー社製)を用い、昇温速度10℃/分にて測定し、得られた融解ピークの極大値での温度を融点とした。
(1)合成例から得られた接着性フッ素樹脂について、シリンダ直径90mmの単軸押出し機にTダイを接続し、シリンダ温度170〜230℃、ダイ温度230℃、スクリュー回転数10rpmの条件下にて、接着性フッ素樹脂フィルム(厚み:25μm)を成形した。
得られた接着性フッ素樹脂フィルムと、ポリイミドフィルム(製品名:カプトン100H、東レ・デュポン社製、厚み:25μm)とを、温度250℃の条件下にて熱ロールでラミネートして、積層フィルム(長さ20m×幅200mm×全体厚み50μm。以下、長尺フィルムともいう。)を得た。得られた積層フィルム(フッ素樹脂層の厚さ;25μm、ポリイミド層の厚さ;25μm)の接着強度について、長さ方向に100mm、幅方向に10mmの短冊状に切り出し、その端のフッ素樹脂層とポリイミド層とを刃物を用いて剥離し掴みしろを作り、テンシロン万能試験機(オリエンテック社製)を用いて25mm/分の速度で180°剥離させて測定したところ、400N/mであった。
(2)続いて、上記長尺フィルムから12cm角に切り出した積層フィルム2枚を、シール幅(貼付しろ)1cmとして接着性フッ素樹脂層を内側にして重ね、3辺をヒートシーラーで210℃×5秒の条件で熱融着した。更に、1辺の開口部から100mL純水を投入して、空気が入らないように該開口部をヒートシールして、縦10cm×横10cm×高さ1cmの上記純水により満たされた内部空間を持つ袋を作成した。
本方法にて10個の袋を作成し、これらを−196℃の液体窒素中に24時間浸漬したのち、37℃の温水中にて解凍したところ、10個とも袋の破裂、内容物の漏れ等がなかった。
以上より、本発明の凍結保存容器は、液体窒素浸漬に充分対応可能と考えられた。
(3)上記長尺フィルムから12cm角に切り出した積層フィルム2枚を、シール幅(貼付しろ)1cmとして接着性フッ素樹脂層を内側にして重ね、3辺をヒートシーラーで210℃×5秒の条件で熱融着し、容量25mlの凍結保存容器を作成した。ポリイミドフィルムと、接着性フッ素樹脂フィルム(内層フッ素樹脂フィルム)の膜厚を表1に示す。
実施例1〜9で作製された凍結保存容器および比較例1、2の凍結保存容器それぞれにジメチルスルホキシド(DMSO)10%(v/v)水溶液80mlを充填し、十分に空気を抜いた後、アルミ製のケースに収納した。アルミ製ケースに収納した容器をディープフリーザー(凍結機)にて−80℃、4時間静置し、凍結させた。次にこの凍結した容器を液体窒素内に移し、1週間保存した。保存した容器を、アルミケースから取り出し、37〜40℃の温浴中で容器を解凍し、容器に破損、液体窒素の混入などが起きてないかどうかを目視観察した。
細胞懸濁液は、RPMI1640培地(Invitorogen株式会社製)にMOLT−4細胞(理研株式会社から譲渡)を約1.0×107cells/mlの濃度で調製した。実施例9で作製された凍結保存用容器および比較例1の凍結保存容器それぞれにジメチルスルホキシド(DMSO)10%(v/v)の細胞懸濁液80mlを充填し、十分に空気を抜いた後、アルミ製のケースに収納した。アルミ製ケースに収納した容器をディープフリーザー(凍結機)にて−80℃、4時間静置し、凍結させた。次にこの凍結した容器を液体窒素内に移し、1週間保存した。保存した容器を、アルミケースから取り出し、37〜40℃の温浴中で容器を解凍し、容器に破損、液体窒素の混入などが起きてないかどうかを目視観察した。試験はそれぞれ5回ずつ行った。
Claims (14)
- −80〜−196℃の極低温下で凍結保存容器を使用する方法であって、
該使用方法は、生体試料を凍結保存容器に収容する工程を含み、
該凍結保存容器は、少なくとも接着性含フッ素高分子フィルムと、該接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムとを含む積層フィルムで構成され、該接着性含フッ素高分子フィルムが少なくとも片方の最外面に存在するものであり、
該接着性含フッ素高分子フィルムは、接着性部位を有する接着性含フッ素高分子からなり、該接着性部位が、炭素−炭素二重結合、カルボニル基[−C(=O)]、カルボニル基を有する基又は結合、ヒドロキシル基、シアノ基、スルホン酸基、およびエポキシ基からなる群より選択される少なくとも1つである
凍結保存容器の使用方法。 - 接着性含フッ素高分子が、接着性部位として反応性官能基を有しており、以下の(A)と(B)を共重合して得られる共重合体である請求項1に記載の凍結保存容器の使用方法:
(A)反応性官能基を有さない含フッ素モノマー
(B)少なくとも1種類の反応性官能基を有する含フッ素モノマー。 - 反応性官能基を有さない含フッ素モノマーが、テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、1,2−ジフルオロクロロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(ビニルメチルエーテル)およびパーフルオロ(ビニルプロピルエーテル)からなる群より選択される少なくとも1つである請求項3に記載の凍結保存容器の使用方法。
- 接着性含フッ素高分子は、含フッ素モノマーに由来する含フッ素モノマー単位と、フッ素非含有モノマーに由来するフッ素非含有モノマー単位とを有するものである請求項1〜6のいずれかに記載の凍結保存容器の使用方法。
- 含フッ素モノマーはテトラフルオロエチレンであり、フッ素非含有モノマーはエチレンである請求項7に記載の凍結保存容器の使用方法。
- 接着性含フッ素高分子は、エチレン、テトラフルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレンに由来するモノマー単位を有するものである請求項1〜8のいずれかに記載の凍結保存容器の使用方法。
- 接着性含フッ素高分子は、融点が200℃以下である請求項1〜9のいずれかに記載の凍結保存容器の使用方法。
- 少なくとも接着性含フッ素高分子フィルムと、該接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムとを含む積層フィルムは、接着性含フッ素高分子フィルムと該接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムとを熱ラミネート法によって積層することにより得られ、該熱ラミネート法が200〜250℃で実施される請求項1〜10のいずれかに記載の凍結保存容器の使用方法。
- 該接着性含フッ素高分子フィルム以外のフィルムが、耐寒性樹脂フィルムである請求項1〜11のいずれかに記載の凍結保存容器の使用方法。
- 耐寒性樹脂が、超高分子量ポリエチレン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体およびエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる群より選択される少なくとも1つである請求項12に記載の凍結保存容器の使用方法。
- 耐寒性樹脂が、ポリイミドである請求項13に記載の凍結保存容器の使用方法。
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