JP7436028B2 - 凍結保存用容器の監視方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、凍結保存用容器の損傷の有無を監視する凍結保存用容器の監視方法およびシステムに関する。

人や動物の胚、精子、卵子、細胞等の試料を凍結保存する凍結保存用容器が従来から知られている。例えば、特許文献１に開示された容器は、周壁が二重壁の真空構造からなる断熱容器内に収納部が設けられており、収納部に収納された被収納物を断熱容器内に注入された液体窒素により冷却して、被収納物を凍結保存することができる。

特開２０１７－１３８２４４号公報

上記従来の凍結保存用容器は、断熱容器内の液体窒素の残量を目視確認することができる液面計を備えており、液体窒素の残量に応じて充填管から断熱容器内に液体窒素を補充することができる。

ところが、凍結保存容器が破損して断熱容器内の液体窒素の残量が急激に低下すると、液体窒素を補充する前に、収納部の温度が胚などの凍結保存に必要な温度を超えて上昇するおそれがあり、被収納物が悪影響を受けるという問題があった。

そこで、本発明は、凍結保存用容器の損傷を簡易な構成により早期に発見することができる凍結保存用容器の監視方法およびシステムの提供を目的とする。

本発明の前記目的は、内側容器および外側容器の間が真空断熱されて構成される凍結保存用容器を監視する方法であって、前記外側容器の表面温度を温度センサにより測定する測温ステップと、前記温度センサの測定に基づいて前記凍結保存用容器の損傷の有無を判別する判別ステップとを備え、前記温度センサは、感温素子と、前記感温素子を凹部に収容して保持するセンサホルダとを備え、前記センサホルダは、弾性変形可能に形成されて、前記凹部の周縁全体が前記外側容器に密着することにより、前記感温素子を前記外側容器に接触させる凍結保存用容器の監視方法により達成される。

前記外側容器が、上部に形成された開口部に向けて縮径されるテーパ部を有する場合、前記測温ステップは、前記テーパ部の表面温度を前記温度センサにより測定することが好ましい。

また、本発明の前記目的は、内側容器および外側容器の間が真空断熱されて構成される凍結保存用容器を監視するシステムであって、前記外側容器の表面温度を測定する温度センサと、前記温度センサの測定に基づいて前記凍結保存用容器の損傷の有無を判別する判別装置とを備え、前記温度センサは、感温素子と、前記感温素子を凹部に収容して保持するセンサホルダとを備え、前記センサホルダは、弾性変形可能に形成されて、前記凹部の周縁全体が前記外側容器に密着することにより、前記感温素子を前記外側容器に接触させる凍結保存用容器の監視システムにより達成される。

本発明によれば、凍結保存用容器の損傷を簡易な構成により早期に発見することができる凍結保存用容器の監視方法およびシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る凍結保存用容器監視システムの概略構成図である。 図１に示す凍結保存用容器監視システムのブロック図である。 図１に示す凍結保存用容器監視システムの要部断面図である。 実施例の試験結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る凍結保存用容器監視システムの概略構成図である。図１に示す本実施形態の凍結保存用容器監視システム１は、凍結保存用容器１００の破損の有無を監視するシステムである。凍結保存用容器１００は、内側容器１０１および外側容器１０２を備える二重容器であり、内側容器１０１と外側容器１０２との間隙１０３が真空排気弁１０５を介して真空排気されることにより真空断熱された公知の構成である。外側容器１０２には、内側容器１０１の上部に形成された開口部１０１ａを覆う蓋体１０４が着脱可能に装着されている。外側容器１０２の上部は、開口部１０１ａに向けて縮径されるテーパ部１０２ａを有している。内側容器１０１の内部には、胚、精子、卵子、細胞等の試料を収容して液体窒素により凍結保存することができ、必要時に蓋体１０４を開けて内側容器１０１への液体窒素の供給等を行うことができる。

図２は、図１に示す凍結保存用容器監視システム１のブロック図である。図１および図２に示すように、凍結保存用容器監視システム１は、温度センサ１０、子機２０、親機５０および判別装置６０を主な構成要素として備えている。

温度センサ１０は、サーミスタ等の感温素子を備えており、凍結保存用容器１００の外側容器１０２の外表面に取り付けられて、外側容器１０２の表面温度を測定する。温度センサ１０は、配線３０を介して子機２０に接続されており、温度センサ１０の測定温度信号が子機２０に向けて出力される。

子機２０は、温度センサ１０のアナログ信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換する信号処理部２１と、デジタル化された測定温度信号を親機５０に向けて無線送信する送受信部２２とが、電池（図示せず）と共に筐体内に収容されて構成されている。子機２０は、取付ベルト４１を備える収容ケース４０に収容可能であり、取付ベルト４１を凍結保存用容器１００に巻き付けて両端部同士を面ファスナ等で着脱可能に取り付けることで、子機２０を凍結保存用容器１００に固定することができる。

このように、温度センサ１０および子機２０は、凍結保存用容器１００の側面に固定することができ、更に子機２０から親機５０への信号送信は無線で行われるため、凍結保存用容器１００に対する試料の出し入れ、液体窒素の補充、清掃等の作業性を良好に維持することができる。温度センサ１０および子機２０は、取扱性を良好にするため、本実施形態のように別体として有線または無線により接続することが好ましいが、両者が一体化された構成であってもよい。

親機５０は、子機２０から無線送信された測定温度信号を受信する送受信部５１と、受信した測定温度信号を判別装置６０に送信する制御部５２とを備えている。複数の凍結保存用容器１００を監視する場合、親機５０は、複数の子機２０のそれぞれから測定温度信号を受信することが可能であり、制御部５２は、子機２０の識別ＩＤが付加された測定温度信号を判別装置６０に送信する。子機２０から親機５０への無線送信は、例えば９２０ＭＨｚ帯のマルチホップ通信を使用することができる。

判別装置６０は、制御部６１、記憶部６２および警報出力部６３を備えている。判別装置６０は、例えば汎用のパーソナルコンピュータ等により構成することができるが、親機５０が一体化された専用装置として構成することもできる。

制御部６１は、子機２０から受信した測定温度信号に受信時刻を付加して子機２０ごとの時系列データとして記憶部６２に記憶し、予め設定された基準温度信号との比較により凍結保存用容器１００の損傷の有無を判別する。制御部６１は、測定温度が基準温度よりも低くなると凍結保存用容器１００が損傷したと判断し、警報出力部６３を作動させて警報を出力する。基準温度は、凍結保存用容器１００の周囲の気温等を考慮して適宜設定することができる。凍結保存用容器１００の損傷の有無は、測定温度信号の時系列変化の速度に基づき判別することも可能であり、具体的には、測定温度の低下速度が基準速度よりも速い状態が一定時間継続した場合に凍結保存用容器１００の損傷を判断するように構成してもよい。

警報出力部６３は、電子メールの送受信機能を有しており、警報出力時には、インターネット等のネットワーク１１０を介して、予め登録されたスマートフォン１１１やパーソナルコンピュータ１１２等の作業者の端末機器にアラーム情報を送信する。警報出力部６３は、周囲の作業者にフラッシュ光や警報音などで警報を知らせる警報装置であってもよく、あるいは、これらを適宜併用してもよい。なお、警報出力部６３は、子機２０と親機５０との通信が何らかの原因で一定時間途絶えた場合にも、電子メールで通知する。

図３は、図１に示す凍結保存用容器監視システムが備える温度センサ１０の断面図であり、図３（ａ）は凍結保存用容器に取り付ける前の状態、図３（ｂ）は凍結保存用容器に取り付けた後の状態を、それぞれ示している。図３（ａ）に示すように、温度センサ１０は、感温素子１１と、感温素子１１を保持するセンサホルダ１３とを備えている。感温素子１１は、チップ状の素子であり、フレキシブル基板１２に実装されている。感温素子１１は、本実施形態においてはバンドギャップ温度センサを使用しているが、サーミスタ等の他の温度センサを使用してもよい。センサホルダ１３は、スポンジやゴム、合成樹脂等の弾性材料からなるブロック状の部材であり、凍結保存用容器に当接する当接面に形成された凹部１３ａに、感温素子１１およびフレキシブル基板１２が収容されて保持されている。

センサホルダ１３の当接面は、平坦状に形成されており、凹部１３ａを取り囲むように凹部１３ａの周縁全体に粘着層１３ｂが形成されている。粘着層１３ｂは剥離紙（図示せず）で覆われており、使用時に剥離紙を剥離して、図１および図３（ｂ）に示すように凍結保存用容器のテーパ部１０２ａに粘着層１３ｂを貼り付けることにより、センサホルダ１３がテーパ部１０２ａに沿って弾性変形して湾曲し、センサホルダ１３の凹部１３ａの周縁全体がテーパ部１０２ａに密着する。

図３（ａ）に示すように、感温素子１１は、感温部１１ａが凹部１３ａの開口よりも外方に突出するように配置されており、図３（ｂ）に示すように、センサホルダ１３の粘着層１３ｂをテーパ部１０２ａに接着すると、弾性変形したセンサホルダ１３から感温素子１１が押圧力を受けて、感温部１１ａがテーパ部１０２ａに密着する。これにより、テーパ部１０２ａの表面温度を正確に測定することができる。

次に、上記の構成を備える凍結保存用容器監視システム１を用いた凍結保存用容器の監視方法を説明する。まず、監視対象となる凍結保存用容器１００に温度センサ１０を取り付けて、外側容器１０２の表面温度をリアルタイムに測定する（測温ステップ）。監視対象となる凍結保存用容器１００が複数存在する場合には、温度センサ１０および子機２０を複数用意し、各凍結保存用容器１００に温度センサ１０を取り付けて、それぞれの外側容器１０２の表面温度を測定する。

温度センサ１０の測定温度信号は、子機２０および親機５０を介して判別装置６０に送信される。判別装置６０は、上記のとおり、測定温度信号に基づく凍結保存用容器１００の損傷の有無の判別をリアルタイムに行う（判別ステップ）。判別装置６０は、凍結保存用容器１００が損傷したと判断すると、警報出力部６３から警報の出力を行い、損傷の発生を作業者等に知らせる。

凍結保存用容器１００が損傷して内側容器１０１と外側容器１０２との真空断熱が破壊されると、内側容器１０１に収容された液体窒素の液量の低下が顕著になる前に、外側容器１０２の表面温度が低下する。本発明の凍結保存用容器の監視方法は、この原理を応用したものであり、凍結保存用容器の損傷を早期に発見して、その後の対処に十分な時間をかけることができる。例えば、本発明者が、容量１０リットルの凍結保存用容器で真空破壊が生じた場合を想定してシミュレーションを行ったところ、本発明の凍結保存用容器の監視方法は、液体窒素の液面や重量を監視する従来の方法（液体窒素の残量が６割を下回った時に損傷を判断する方法）と比較して、損傷を１～２時間程度早く発見することが可能であった。

凍結保存用容器１００に対する温度センサ１０の取付位置は、外側容器１０２の表面であれば特に限定されず、いずれの箇所に対しても容易に後付けが可能であると共に、作業性を損なうことなく監視を行うことができる。但し、真空破壊時における外側容器１０２の外表面の温度低下は、損傷箇所に拘らず外側容器１０２の上部で顕著であることから、外側容器１０２の上部に温度センサ１０を取り付けることが好ましい。特に、凍結保存用容器１００が、上部の開口部１０１ａに向けて縮径されるテーパ部１０２ａを有する場合には、温度センサ１０をテーパ部１０２ａに取り付けることで、凍結保存用容器の破損を早期に発見できるだけでなく、温度センサ１０をその自重も利用して外側容器１０２に密着させることができるため、温度センサ１０の取付状態を長期間良好に維持することができる。

また、温度センサ１０は、図３（ｂ）に示すように、感温素子１１がテーパ部１０２ａに密着するように構成することで、外側容器１０２の表面の温度変化を迅速且つ正確に測定することができ、凍結保存用容器の破損をより早期に発見することができる。図４は、損傷により実際に真空破壊が生じた凍結保存用容器のテーパ部１０２ａにセンサ本体１０を取り付けて、テーパ部１０２ａの表面温度を測定した結果を示しており、実施例１は、図３（ｂ）に示すように感温素子１１がテーパ部１０２ａに密着した状態での測定結果、実施例２は、図３（ｂ）に示すセンサホルダ１３の凹部１３ａを深くして感温素子１１とテーパ部１０２ａとの間に隙間が形成された状態での測定結果を、それぞれ示している。１４時４分に液体窒素の注入により試験を開始したところ、実施例１および２のいずれも早期に温度低下が検出されているが、実施例１の方がより早期に温度低下が検出された。実施例１については、基準温度を２０℃に設定することにより、試験開始から６分後の１４時１０分に警報が出力された。上記の試験と同じ容量１０リットルの凍結保存用容器が破損すると、内部の液体窒素が満杯状態から空になるまでの時間が約８時間であるため、上記の試験結果は、液体窒素の残量を検出する方法と比較して、損傷が生じた場合の早期発見が可能になることを示唆している。

１ 凍結保存用容器監視システム
１０ 温度センサ
１１ 感温素子
１３ センサホルダ
２０ 子機
５０ 親機
６０ 判別装置
１００ 凍結保存用容器
１０１ 内側容器
１０２ 外側容器
１０２ａ テーパ部

Claims (3)

1. 内側容器および外側容器の間が真空断熱されて構成される凍結保存用容器を監視する方法であって、
   前記外側容器の表面温度を温度センサにより測定する測温ステップと、
   前記温度センサの測定に基づいて前記凍結保存用容器の損傷の有無を判別する判別ステップとを備え、
   前記温度センサは、感温素子と、前記感温素子を凹部に収容して保持するセンサホルダとを備え、
   前記センサホルダは、弾性変形可能に形成されて、前記凹部の周縁全体が前記外側容器に密着することにより、前記感温素子を前記外側容器に接触させる凍結保存用容器の監視方法。
2. 前記外側容器は、上部に形成された開口部に向けて縮径されるテーパ部を有しており、
   前記測温ステップは、前記テーパ部の表面温度を前記温度センサにより測定する請求項１に記載の凍結保存用容器の監視方法。
3. 内側容器および外側容器の間が真空断熱されて構成される凍結保存用容器を監視するシステムであって、
   前記外側容器の表面温度を測定する温度センサと、
   前記温度センサの測定に基づいて前記凍結保存用容器の損傷の有無を判別する判別装置とを備え、
   前記温度センサは、感温素子と、前記感温素子を凹部に収容して保持するセンサホルダとを備え、
   前記センサホルダは、弾性変形可能に形成されて、前記凹部の周縁全体が前記外側容器に密着することにより、前記感温素子を前記外側容器に接触させる凍結保存用容器の監視システム。

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