JPH02124085A - 生物学的組織を超高速で冷却する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、米国特許出願第９３９，７０１号（出願口は
１９８６年１２月３日）の同時係属出願である。この米
国特許出願第９３９，７０１号の主対象は、本出願に引
用する範囲において、本出願を部分的に構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、生物学的組織の標本を超高速で冷却するため
の装置及び方法に関する。

〔従来の技術〕

超高速冷却は、生物学的組織の標本の調整、すなわち、
プレパラートの製作を行うための一方法であり、この生
物学的組織の標本の調整のために使用される装置は、米
国特許第４，５１０．１６９号（発明の名称は「ソナー
法Ｊ、特許権者はジョーン・ジー・リナー）、及び、同
第４，５６７゜８４７号（発明の名称は「リナー装置」
、特許日付及び特許権者は同上）に記載されている。医
学の分野では、生物学的組織の標本を顕微鏡で調べ、そ
の細胞の構造及び機構を明確にし、殆ど全ての方法を適
用する前に、超微細構造的な一体性の変化を最少にする
ために、生物学的組織の標本を「固定」しなければなら
ないことは周知である。

本発明の装置は、生物学的組織の標本の超微細構造的な
一体性に変化を生じさせないようにするために、生物学
的組織の標本に解凍可能の氷の結晶を形成することなく
、生物学的組織の標本を冷却するために使用することが
できる。殆ど全ての場合、厚さが数ミクロンを越える生
物学的組織の標本においては、生物学的組織の標本の内
部の六角形の前縁に、氷が結晶又は無定形の形知で形成
される。氷の結晶が形成されれば、生物学的組織の標本
の成分に影響する。

本明細書において、本発明の方法及び装置によって超微
細構造的に冷却される標本に関連して、「生物学的標本
」、「組織の標本」、「生物学的組織」、及び、「生物
学的組織の標本」という用語を使用する。これらの用語
は互換性のあるものであって、本明細書に開示する方法
又は装置の機能的能力を限定することを意図しているも
のではない。これらの用語は、顕微鏡による検査のため
の小さい標本や、移植に適当な角膜等の大形の組織を含
んでいる。また、これらの用語は、１箇以上のセルから
成る任意のもの、すなわち、セルが単独で、任意のマト
リックスに複合された形で、又は、任意の化学物質と一
体になった形で存在するものを含んでいる。また、これ
らの用語は、任意の生物学的材料、或いは、任意の有機
的な材料、及び、任意のセル状の部分、その生成物、又
は副産物を含んでいる。さらに、これらの用語は、精子
、卵、胚、血液成分、その他のセル状の構成物を含んで
いる。本発明の予想される用途は、特定のタイプの組織
に限定されるものではなく、むしろ、セル状に形成され
た任意の組織に関するものである。本発明の装置は任意
の寸法、任意の形状、又は、任意のタイプのセル状の組
織に適応し得るように設計し、又は、使用することがで
きるものである。従って、「組織」、及び、「組織標本
」という用語は、互換性を有する用語として使用するこ
とができるものであり、本発明の方法及び装置を使用可
能の範囲を限定するものではない。

本発明の方法及び装置は超構造的分析すなわち電子顕微
鏡を使用する分析のために生物学的組織の標本の冷凍に
より調整する工程の先行的な工程として使用するのが好
ましいものではあるが、このことは、本発明の方法及び
装置の応用を限定することを意味するものではない。逆
にみれば、本発明の超高速冷却のための方法及び装置は
、セル状構造を変化しないように所要の状態に維持する
ことが好ましい任意の分野に使用することができること
を示している。このような使用の一例には、電子顕微鏡
による検査、組織の維持、組織及び機関の移植、組織及
び機関の各種の分析及び診断のための方法の研究等が含
まれるが、これらの例に限定されるものではない。従っ
て、本発明の方法及び装置を、電子顕微鏡に関連付けて
説明するが、この説明は本発明の応用に関して、これを
限定する要素とするものではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

各種の顕微鏡又はこれに類する拡大装置による組織の検
査が永年行われてきたが、顕微鏡の解像度の向上、例え
ば、ＳＴＥＭ電子顕微鏡等の出現に伴なって、生物学的
組織の標本の調整に関する問題が大きくなっている。因
みに、ＳＴＥＭ電子顕微鏡は、Ｘ線を用いて、５００倍
から、５０万倍の倍率まで、すなわち、２ないし３オン
グストロームの倍率で、標本の構造を検査することがで
きる。

組織を調整する時に、その調整に随伴して、その組織に
各種の人工物が生成された場合には、組織を分析した結
果を解釈することは不可能である。

従って、人工物の生成を極力防止することが基本的に重
要である。「人工物」という用語は、本質的には関係の
ない行為によって人工的に作り出される生成物を意味し
ている。また、他の問題は、生物学的組織の標本それ自
体の物理的収縮であり、この収縮が発生した時には、そ
の組織の超微細構造に変化が生じ、下部構造の解像度に
著しい変化が発生する。

いわゆる「形態学の黄金時代」には、定性的顕微鏡検査
、及び、定量的顕微鏡検査の目標が、見た目に美しい像
を得ることにあった。この目標は、最近では利用が可能
である標本固定の方法と装置を用いれば、容易に実現す
ることができる。しかしながら、見た目に美しい像を得
ることが基本的に重要であるとされるようになったが、
この見た目に美しい像は組織の調整段階に作られるもの
であり、また、生物学的組織の標本を得ることには生物
における組織の実際の条件が正確に反映される。すなわ
ち、「生きている状態」に近付けなければならない。こ
の問題は、リナー装置（登録商標）及びリナー法（登録
商標）によって解決することができる。そのための組織
調整の基本的な一つの段階は冷凍調整法すなわち冷凍固
定法である（これは凍結法と対比されるものである）。

本発明の冷凍調整のための方法及び装置は、生物学的組
織の標本を調整、すなわち、作製するものであり、公知
の拡大装置及び分析装置に容易に使用することができる
ものである。

最近になって公知にされた凍結乾燥用装置及び方法にお
いては、標本を物理的に傷付けることなく急速に冷却す
ることが問題とされ、これを解決するための努力が払わ
れている。標本の深部まで充分に迅速に冷却されない場
合には、人工物が生成され、標本の超微細構造が損傷さ
れ、その標本「生きている状態」を示さなくなる。従っ
て、この従来技術は、このような損傷を最少にするため
に、標本の深部まで充分に温度を下げることを、努力の
重点事項としている。

本発明は、最新の拡大装置による分析に使用する生物学
的組織の標本の調整への応用を推進することを主として
いるが、本発明はこれに限定されるものではない。より
具体的には、標本の「調整」という用語は分析用の標本
を作ることであり、さらに、予想される移植、改質、カ
ラス状セルの成長、微細なセルの成長、受精、より代表
的な樹脂への動き得る状態での懸濁又は浸漬、設定、浸
透、及び、分析における標本の冷凍を行うことを意味し
ている。本発明の装置は、超微細構造に損傷を与えるこ
となく、任意の医学的方法又は分析法のために使用する
標本を調整することができるものである。因みに、この
超微細構造に損傷を与えなく標本を調整するということ
は、従来では、冷凍調整においては不可能と考えられて
きたことである。

本発明の装置は、凍結乾燥法とは明らかに異なるもので
ある。この従来の凍結乾燥法は、周知のように、凍結乾
燥を行い溜めに必要な装置と共に使用しなければならな
い。この凍結乾燥法については、例えば、米国特許節４
．２３２，４５３号を参照されたい。凍結乾燥法は、そ
の方法によっては、冷媒として液体窒素を使用するが、
生物学的組織又は標本それ自体は、この液体窒素の温度
までは下がらない。凍結乾燥法では、通常、標本の温度
を摂氏零下５０度ないし零下８０度以下に下げることが
できない。これに対して、サナ−法（登録商標）及びそ
の装置の超高速冷凍段階においては、標本を摂氏零下１
９６度或いはそれ以下の低温まで冷却することができる
。従って、この目的のために、「冷凍調整」及び「冷凍
固定」という用語は、従来の「冷凍」技術とは明らかに
異なる内容を有する。

分析用標本を調整するための従来の方法は、化学的固定
と、有機溶剤による脱水という方法を採用してへた。こ
の従来の方法では、人工物の生成、標本の収縮、及び、
そのために生じる生物学的組織の特性の損傷及び変質が
著しい。この生物学的組織の特性の変化は、それが人工
物等の生成によるものであると否とにかかわらず、標本
の特性の変化それ自体を解釈し、装置を用いて分析し、
又は、標本を評価しなければならない。このことは、多
くの場合、有害な誤差を誘発する危険を含んでいる。

化学的固定法は周知の技術であり、分析を行う生物学者
は永年使用しているし、限定された分野では、疑うこと
なく継続して使用使用としている。

しかしながら、この方法を生物学的組織の標本の分析に
使用した場合には分析がより複雑になり、このような分
析を使用した場合には分析の範囲を拡げなければならず
、そのために、化学的固定法に代替し得る方法が要望さ
れるようになった。このことは、現用されている拡大装
置及び分析装置においては、基本的に正しいことである
。生物学的組織の標本の調整方法、及び、生物学的組織
の標本を調整するために必要な装置は、標本の分析に使
用される分析用ツール、例えば、電子顕微鏡と同等に重
要である。明らかなことであるが、組織の標本の調整技
術が顕微鏡技術より劣っている場合には、生態学者すな
わち池の生物学的組織の研究者が進歩した顕微鏡を、そ
の長所を活用するように使用することができない。

これと同様に、基本的なことは、冷凍調整の方法及び装
置が、他の医学的技術、すなわち、外科的移植技術、パ
イオニ学、バイオ遺伝学と共に発達するということであ
る。要約していえば、冷凍調整は、基本的に、セル又は
組織を使用又は分析する方法を含んだ中間段階であると
いうことである。冷凍調整の装置が医学的進歩を含まな
ければ、医学の技術の予想され、又は、予想外の進歩を
期待することができない。本発明の装置は、生物学的組
織の標本の使用及び冷凍調整を、他の医学的技術の進歩
に合わせるように行うことができる。

本発明の超高速冷却装置は利用可能の冷凍固定装置に関
する問題を除去する機構を提供することができる。

化学的に固定し、有機溶媒により脱水する代りに、凍結
乾燥により標本を固定することができる。

凍結乾燥を行った後に、標本を保存するために冷凍によ
る固定を行うことについては、記録がよく残されており
、その技法が周知になっている。冷凍による固定にも幾
つかの欠点がある。冷凍による固定を行った場合には、
セルの代謝が殆ど瞬間的に停止される。また、細胞の可
溶細胞質は、標本を有機溶媒に接触させるために、安定
させることも、保存することもできない。これに対して
、凍結乾燥による固定には顕著な長所がある。従って、
公知の生物学的組織の標本の調整方法に対して、冷凍に
よる固定と凍結乾燥を適用しようとする研究が非常に多
くなされている。

しかしながら、凍結乾燥の技法にも、組織を調整する方
法としては、本来的に、多くの欠点を有している。最近
の凍結乾燥の方法及び装置の主な欠点は、氷の結晶の生
成を避けることができないという点である。これは、こ
の方法及び装置に固有の欠点である。既に説明したよう
に、氷の結晶が生成すれば、検査の対象としている生物
学的組織の標本の完全な超微細構造が破壊される。すな
わち、細胞の像が破壊され、細胞質が網状になる。

また標本の内部に氷の結晶が生成すると、組織の細胞の
内部の水素イオン濃度（ｐＨ）が変化する（これは、共
晶が生成するためである）。そのために、第３の構造の
巨大分子が生成する危険がある。さらに、蛋白質がその
性質を失って網状になる危険がある。また、従来の凍結
法及び凍結乾燥法に固有の欠点もあるが、その数は少な
い。

ルイス−テラジオ及びカール・ジー・シュワベが、「電
子顕微鏡のための生物学的組織の標本の凍結と乾燥」と
いう表題で、上記に関する一般的な話題を、やや詳細に
、従来の方法に関することを併せて、「ジャーナル・オ
ブ・ヒストケミストリー・アンド今サイトケミストリー
」の第２９巻第９号第１０２１ないし１０２８ページ（
１９８１年）に掲載している。人工物に関する問題点は
、評論雑誌「ロイヤル・ミクロスコーピアル・ソサイテ
イＪ　　（１９８２年）の第１０３−１２３ページに、
「凍結と破片の複製における人工物の問題店の理解」と
いう表題で掲載されている。

凍結技術は生物学的組織の標本の調整に応用されている
が、その−船釣原理は、冷却する速度を上げれば、組織
の流体を、細胞外の空間に水を分離することなく、ガラ
ス化することができるということにある。この「ガラス
化された」又は「ガラス化」という用語は、セル構造の
内部に溶解可能の氷の結晶を生成することなく、組織の
標本を冷凍調整することを意味している。冷却速度の如
何にかかわらず氷の結晶は生成されるが、冷却速度を上
げれば氷の結晶の大きさは減少するということは、既に
仮定されていたことである。凍結速度を上げれば氷の結
晶が小さくなるか、又は、生成されないということは、
勿論、形態学的な保存においては長所である。その理由
は、組織を脱水している時の、人工物の生成が最少にな
り、超微細構造の変化又は破壊が最少になるからである
。

本発明の装置は、ｉｔ！！以上の組織の標本を、超高速
で冷却することができる。その時間は１秒未満である。

組織の標本は、本発明に基づく超高速冷却の後に、水の
蒸気圧の分圧が減少した状態にある時に、組織の細胞の
超微細構造に殆ど損傷を与えることなく、この組織の標
本が脱水する。

歴史的にみれば、迅速な超低温冷却のための技術を判断
する基準は、装置の冷却速度ではなく、単純に、組織が
冷却される環境の温度であった。

従って、迅速な超低温冷却は、超低温冷却のための冷媒
の温度が摂氏零下１５０度である装置に対して行われて
きた。しかしながら、冷却装置の効率は標本から熱が奪
われる速度に支配される。熱伝達は、冷却装置の温度だ
けでなく、その冷却装置の物理的及び熱的特性によって
支配され、さらに、組織の大きさ及び熱的特性によって
支配される。

迅速な超低温冷却のために最も一般的に使用されている
技術は、標本を冷媒浴の中に浸漬すること、すなわち、
強制的に急冷するという方法である。強制的に急冷する
ために最も一般的に使用されている冷媒は、液体窒素、
イソペンタン、プロパン、及び、弗素化炭素であり、弗
素化炭素は例えばフレオン１２又はフレオン２２である
。液体窒素は、低温（摂氏零下１９６度）であるから、
強制的急冷のための冷媒として理想的ではあるが、液体
窒素固有の性質に起因する欠点がある。その欠点は、液
体窒素を使用した場合に、組織の表面で、少なくとも部
分的に、薄膜沸騰が発生するという点である。その原因
は、液体窒素の気化熱が小さいからである。薄膜沸騰は
液体窒素の特性であり、そのために、標本が実際に断熱
作用を受け、熱伝達速度が阻害される。

迅速に超低温に冷却するための代りにできる方法は、組
織の標本を冷凍可能の状態に冷却された材料の鏡面仕上
げされた表面に当てるという方法である。この鏡面仕上
げされた表面は、例えば、冷却されている金属製ブロッ
クの表面である。この方法は、代表的な場合には、組織
の標本を金属製ブロックの研磨された平らな表面に対向
させて、この研磨された平らな金属の表面にしつかり押
圧することを含んでいる。この研磨された金属製ブロッ
クとしては、代表的な場合、銀及び銅が使用される。こ
の方法は、上記金属が液体窒素又は液体ヘリウムの温度
まで冷却された時に、この金属の熱伝導度が高く、熱容
量が大きいという長所を利用することを意図している。

金属の表面で冷却する方法における極めて重要な段階は
、乾燥され、冷却された金属の表面に組織の標本を、回
転、移動、又は跳ね返りさせることなく、しっかりと接
触させることである。この点に着目して、跳ね返りさせ
ることのない装置が、医療の分野で公知になり、市販さ
れている。この装置は、メリーランド大学医学部のアラ
ン・ポイン博士によって開発されたものであると広く信
じられている。

このポイン博士の装置と方法は、１本以上の銅で作られ
た棒状部材を含み、この棒状部材は液体窒素が満たされ
た摂氏零下１９６度の容器の中に浸漬されている。この
銅製の棒状部材の端部は鏡面仕上げが施された滑らかな
表面を有し、銅の熱伝導度によって冷却される。この液
体窒素から蒸発した低温の窒素ガスは、この銅製の棒状
部材の端部から逃げて、冷凍面の汚損を減少させ易くす
る作用を行う。その後に、組織の標本が重力の作用を利
用して上記表面に落下させられる。この標本の上記表面
における跳ね返りを減少させるために、ポイン博士の標
本取出し装置は錘による減衰装置を採用している。この
減衰装置は錘を使用しており、グリセロールを用いて衝
突の衝撃を吸収する構造である。銅で作られた各棒状部
材は、標本を衝突させた後に清掃しなければならない。

このポイン博士の装置の欠点は、炭化水素による汚損１
、冷凍面における凝縮の発生、標本と冷凍面との間の全
ての跳ね返り又は振動の排除不可能、逃げる窒素ガスに
よる標本の予冷、及び、標本の逐次的冷却の間における
銅で作られた棒状部材の冷媒表面の清掃と再生のための
遅延という問題を含んでいることである。従って、この
ポイン博士の方法及び装置は、高い信頼度の下で、組織
の標本に氷の結晶の生成を充分に良く防止し得る部分を
形成することも、１０ないし１５ミクロンを越える厚さ
の標本を適当にガラス化することも、行うことができな
い。

さらに、金属ブロックを用いて組織の標本を凍結する方
法及び装置の開発を、ジャックス・エスケイグ（フラン
ス国パリ）が行っている。このエスケイグの方法及び装
置は、ジャックス・エスケイグの「生物学的標本小片の
調整の科学」の１１７ないし１２２ページ（１９８４年
）に掲載された「最適凍結条件のための異なるパラメー
タの制御」に説明されている。さらに、このエスケイグ
の装置は、スイス特許節６１４，５３２号、フランス特
許箱２，３３７，８７８号、及び、ドイツ特許節２，７
００，１９６号に開示されている。エスケイグが提案し
た幾つかの顕著な特徴は、金属ブロックを用いて組織を
ガラス化する初期の方法及び装置には示されていない。

このエスケイグの方法及び装置は、液体窒素ではなく液
体ヘリウムを用いて、銅のブロックを冷却する。これは
、組織の標本又は試験片の冷却速度を大きくするためで
ある。エスケイグは、銅で作られたブロックを液体ヘリ
ウムを用いて冷却する場合には、組織の標本の氷の結晶
を形成させない部分の平均の厚さを、液体窒素で冷却す
る場合よりも大きくすることを開示している。さらに、
エスケイグは、凍結方法に影響を与えるファクタが、組
織の標本それ自体とは独立に、試験片と金属ブロックと
の熱的な接触、金属ブロックの表面の条件、試験片の滑
り、標本保持装置の踊り、及び、標本保持装置の接触強
度であることを指摘している。エスケイグは、これらの
ファクタの制御装置を得ている。

この制御装置は、試験片を金属ブロックに衝突させる直
前まで、金属ブロックを真空に維持し、この真空の値を
ｌＸ１×３ミリバールにするという構造である。この様
な構造にするのは、金属ブロックの表面の汚損を減少さ
せるためである。さらに、エスケイグは、試験片を金属
ブロックに接触させるために、電磁石を使用している。

これは、試験片と金属ブロックとの機械的な接触を改善
するためである。

エスケイグの方法及び装置においては、銅のブロックが
真空チャンバで取り囲まれている。従って、この真空チ
ャンバは真空ポンプで真空に引かれる。この真空ポンプ
はエスケイグの方法及び装置の外に設けられており、上
記真空の値は約Ｉ×１×３ミリバールである。エスケイ
グは、この真空チャンバが真空になった後に、冷凍用冷
媒を用いて、銅のブロックを冷却している。この冷媒は
外部から供給されるものであり、再試用しない。

この冷媒は、具体的には、リザーバからポンプで送られ
る液体ヘリウムである。この液体ヘリウムは、金属ブロ
ックに隣接している通路に入り、管路を通って真空チャ
ンバに入る。エスケイグは、金属ブロックが所要の温度
に冷却された時に、装置を開き、ステムを液体ヘリウム
の通路に挿入して、低温のヘリウムガスを、数秒間、真
空チャンバそれ自体に送り込んでいる。この真空チャン
バに送り込まれた低温のヘリウムガスは、金属ブロック
を冷却するために使用された液体ヘリウムから蒸発した
ものである。この低温のヘリウムガスは、真空チャンバ
の内部の圧力を上げる作用をする。真空チャンバの内部
の圧力が大気圧に達した時に、シャッタがばねの力で開
かれて真空チャンバが標本を挿入できる状態になり、標
本取出し装置が下方に起動され、この標本取出し装置が
組織、の標本を、開いたシャッタから真空チャンバに入
れて、金属ブロックに押し当てる。シャッタが開けば、
これがトリガになってステムが閉じ、真空チャンバへの
低温のヘリウムガスの流入が停止される。

このエスケイグの装置が幾つかの問題点を含んでいるこ
とが判った。エスケイグが低温のヘリウムガスを用いて
真空チャンバの中を大気圧にしたので、組織の標本は約
１５ミリ秒間予冷される。

これは、組織の標本が、金属ブロックに突き当てられる
前に、大気圧になっている低温のヘリウムガスの層を下
方に通過するからである。このエスケイグの装置の予冷
は好ましくないものである。

その理由は、この予冷が、氷の結晶等、組織の標本の生
理機能に有害な影響を与えるからである。

さらに、波体ヘリウムとヘリウムガスが真空チャンバを
通って移動するために、金属ブロックに軽視できない振
動を与える。この振動は好ましくないものである。その
理由は、この振動が試験片と金属ブロックとの機械的に
良好な接触を妨害するからである。

さらに、エスケイグは再試用しない液体ヘリウムを用い
て金属ブロックを冷却したが、そのために、経費が係り
、安全上余り好ましくなく、操作が煩わしい。これは、
組織の一標本の間に、装置の全ての液体ヘリウムを再冷
却する必要があるからである。その結果、最終的に、各
標本の間の銅のブロックを再生するためのターンオーバ
・タイムが著しく遅くなる。さらに、エスケイグの装置
においては、上記ブロックの清掃が困難である。その理
由は、組織の標本がブロックに突き当てられた後に、ブ
ロックに凝縮が形成されるからである。

この凝縮を除去するためには、加圧された窒素ガスと高
温の空気をブロックに供給しなければならない。しかし
ながら、ブロックを再研磨や清掃のために取り外す場合
には、真空チャンバ自体を分解しなければならない。ブ
ロックを取り外さない場合でも、各標本の間のターン・
オーバー・タイムに、ブロックの表面を再生するという
問題点があり、これは、市販する場合に、大きい障害に
なる。従って、多数の標本を逐次的に冷却することを要
求された場合には、エスケイグの装置を使用することが
できない。

本発明の装置及び方法は、エスケイグの装置及び方法を
含む従来技術の大きい問題点を解消することを目的とし
ている。本発明は、従来技術では生物学的組織の標本ガ
ラス化のターンオーバー・タイムが遅いという問題点に
着目し、同筒かの標本を逐次的にガラス化し得るように
することを目的としている。さらに、本発明は、従来技
術には生物学的組織の標本を冷凍面に衝突させる前、各
標本の間の冷凍面の清掃及び再加熱の前、及び、装置か
ら冷凍面を取出す前に、生物学的組織の標本が有害な予
冷を受けるという問題点があることに着目して、この従
来の問題点を除去することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の生物学的組織を超
高速で冷却する装置は、冷凍面と、真空装置と、冷却装
置と、圧力復元装置と、標本搬送設定組立体と、温度制
御装置とを備えており、上記冷凍面が生物学的組織を受
け入れて上記生物学的組織を超高速で冷却するために取
り付けられ、上記冷凍面がチャンバによって取り囲まれ
ており、上記真空装置が上記チャンバと機能的に協働し
て上記生物学的組織の雰囲気を減圧し得るように設けら
れており、上記冷却装置が上記冷凍面及び上記チャンバ
と機能的に協働し、上記圧力復元装置が上記チャンバと
機能的に協働して上記冷凍面の周囲の雰囲気の圧力を増
大させ、上記標本搬送設定組立体が上記冷凍面及び上記
チャンバと機能的に協働し、上記上記標本搬送設定組立
体が上記チャンバの内部の冷凍面に生物学的組織を取り
付けるための装置並びに上記チャンバの内部の冷凍面に
上記生物学的組織を搬送するための装置を含み、上記温
度制御装置が上記冷凍面と機能的に協働する構造である
ことを特徴としている。

上記装置は、冷凍面が銅、クロム、金、銀、サファイア
、ダイアモンド、又は、これらを組み合わせて成るグル
ープから選定された材料を用いて作るのが好ましい。ま
た、上記装置の主要部分の冷凍面を金で作り、この装置
の非主要部分を銀で作り、銅で鍍金することは好ましい
ことである。

さらに、上記冷凍面の主要部分を金で作り、非主要部分
をサファイアで作ることは好ましいことである。

また、上記生物学的組織が１９以上の生物学的組織の標
本を含むことは好ましく、また、上記超高速冷却を摂氏
零下１４０度以下の温度で行うことは好ましく、さらに
、上記真空装置が約Ｉ×１×４ないし約ｌＸｌ×１０−
１０　ミリバールの真空を作り出すことは好ましく、上
記真空装置が機械的なポンプを有することは好ましく、
上記真空装置が高度の真空を作り出す真空ポンプに結合
された機械的なポンプ、又は、冷凍ポンプを有している
ことは好ましい。

さらに、炭化水素トラップを有し、該炭化水素トラップ
が上記真空装置と協働する。ことは好ましく、上記炭化
水素トラップが分子篩トラップを有することは好ましい
ことである。また、上記冷却吸収ポンプがブレークアウ
トジャケットに取り囲まれていることは好ましいことで
ある。上記冷却装置が上記チャンバへの人口と出口とを
有し、上記チャンバへの入口が冷媒供給源に結合され、
上記冷媒が液体窒素、ヘリウム、又は、それらが組み合
わされて成るグループから選択されることは好ましいこ
とである。

上記冷却装置が冷媒を０．７０キログラム毎平方センチ
メートル（１０ボンド毎平方インチ）以上の圧力で流す
ことができることは好ましいことである。　上記圧力復
元装置が、標本を取り出す前に、冷凍面を取り囲んでい
るチャンバの圧力を真空から大気圧に効率良く戻すこと
ができることは好ましいことである。

上記標本取出し装置がプランジャを有し、上記プランジ
ャが支持構造部分に取り付けられており、上記プランジ
ャが上記チャンバに出入りできるように動かされ、上記
支持構造部分が上記チャンバと協働することができ、上
記プランジャが上記冷凍面と並んで協働して上記プラン
ジャの経路が上記プランジャと上記プランジャに取り付
けられた生物学的組織とを上記チャンバの中に入れて上
記冷凍面に整合させることができることは好ましいこと
である。

上記標本取出し装置がさらに可動のシャッタを含み、上
記シャッタが上記プランジャの上記チャラバへの接近を
制御することができる構造であることは好ましいことで
ある。上記標本取出し装置がさらに標本保持装置を有し
、上記標本保持装置が上記冷凍面に対する押圧及び反発
を最少にし得る構造であることを特徴とすることは好ま
しいことである。

上記標本保持装置が磁気ディスクと、フオームラバーで
作られたクッションと、青銅で作られた板状部材と、上
記生物学的組織を取り付ける装置とを含んで成ることは
好ましいことである。

また、本発明の好ましい形態においては、冷凍面と、真
空装置と、冷却装置と、圧力復元装置と、標本搬送設定
組立体と、カートリッジ型の加熱装置とを備えており、
上記冷凍面が生物学的組織を受け入れて上記生物学的組
織を超高速で冷却するために取り付けられ、上記冷凍面
がチャンバによって取り囲まれており、上記冷凍面が、
銅、クロム、金、銀、サファイア、ダイアモンド、又は
、これらを組み合わせて成るグループから選定された材
料を用いて作られており、上記真空装置が上記チャンバ
と機能的に協働して上記生物学的組織の雰囲気を１×１
×４ないし約ｌＸｌ×１０ミリバールの真空に減圧する
ことができ、上記冷却装置が上記冷凍面と上記チャンバ
とを機能的に協働させ、上記冷却装置が冷媒供給源に結
合され、上記冷媒が液体窒素、ヘリウム、又は、それら
が組み合わされて成るグループから選択され、上記圧力
復元装置がガスの供給源を有し、上記圧力復元装置が上
記チャンバと機能的に協働して冷凍面の周囲の雰囲気の
圧力を真空から大気圧に戻すことができ、上記標本搬送
設定組立体が上記冷凍面及び上記チャンバと機能的に協
働し、上記標本搬送設定組立体が上記チャンバの内部の
冷凍面に生物学的組織を取り付けるための装置並びに上
記チャンバの内部の冷凍面に上記生物学的組織を搬送す
るための装置を含み、上記カートリッジ型の加熱装置が
上記冷凍面と効率良く協働する構造である生物学的組織
を超高速で冷却する装置である。

〔作　用〕

上記のように構成された生物学的組織を超高速で冷却す
る装置及び方法は、生物学的組織を冷却された冷凍面に
衝突させ、すなわち、押し付けることによって、生物学
的組織を超高速で冷却することができる。それと同時に
、この装置は、鏡面仕上げを施した冷凍面を用いて、生
物学的組織の標本を冷却することができる。冷凍面は超
高度の真空チャンバによって取り囲まれている。成る環
境の下では、炭化水素を厳重に排除した超高度の真空チ
ャンバを使用することができる。この目的のために、「
超高度の真空」及び「高度の真空」という用語は、技術
的には区別される言葉ではあるが、本明細書では互換性
を有する用語として使用する。

好ましい形態においては、真空チャンバを開く作動と、
生物学的組織の標本をプランジャで移動させる作動とは
、空気作動方式によって制御される。これは、シャッタ
の下降速度とプランジャの下降速度とのタイミングをと
るためである。シャッタが空気力で起動され、標本を冷
却ブロックに押し付ける直前に、この真空チャンバに、
室温で凝縮しない乾燥したヘリウムガスが導入される。

この乾燥したヘリウムガスを導入することによって、生
物学的組織の標本がシャッタを通って冷凍面に向かって
移動している時に、冷凍面に有害な凝縮を発生させるこ
となく、生物学的組織の標本を脱水又は予冷することも
なく、この真空チャンバの圧力を上昇させ、シャッタを
開くことができる。本発明の装置の外部に設けられてい
るヘリウムの供給源は、上記真空チャンバに乾燥したヘ
リウムガスを供給するために使用される。

好ましい形、＠においては、標本を順次突き当てる間に
、冷凍面を迅速に再生することができる。

この冷凍面の迅速な再生は、加熱装置を冷凍面と協働す
るように使用することによって、行うことができる。こ
の加熱装置は、標本の間で作動されて、冷凍面を清掃と
凝縮除去を行うために加熱する。

標本を冷凍面に突き当てる前に、冷凍面を取り囲んでい
る真空チャンバに、炭化水素を含まない状態の真空を形
成しなければならない。その後に、冷凍面を液体窒素又
は液体ヘリウムを用いて冷却する。この液体窒素又は液
体ヘリウムは、冷却チャンバを循環している液体窒素又
は液体ヘリウムである。この冷却チャンバは真空チャン
バに取り囲まれており、この冷却チャンバは冷凍ブロッ
クを保持している。この冷凍ブロックの端部は冷凍面上
にあり、この冷凍面の頂部から延びて、この冷凍面に対
してシールされる。その後に、標本が押し当てられる前
に、乾燥したヘリウムガスが真空チャンバに導入されて
、この真空チャンバの圧力を上昇させる。本発明は、標
本を冷凍面に押し当て、従来技術におけるような冷凍面
の再生の遅延を発生させることなく、この標本を迅速に
冷却することができる。

本発明の池の長所は、生物学的組織の標本のセルの超微
細構造の形態学的特性を撹乱又は破壊することな（、生
物学的組織の標本を冷凍することができることである。

本発明の標本を冷凍面に衝突させて冷却する方法及び装
置は、生物学的組織の標本を極めて短時間のうちに冷却
することができるので、生物学的組織の標本が固体、す
なわち、ガラス質である時に、この標本を脱水すること
ができる。この標本を固体の状態の時に脱水させること
によって、従来の分析装置の作用を妨げていた有害な人
工物の生成を排除することが可能になる。

本発明の、冷凍衝突による標本調整の方法及び装置は、
角膜の移植を行う場合に応用すれば、極めて優れた効果
を発揮することができる。本発明の前にも、角膜を移植
する試みが行われていたが、その場合には、移植する角
膜を提供者から取り出した後、その角膜を凍結又は凍結
乾燥する必要があった。そのために、移植した角膜に、
例外なく、曇りが発生した。この移植した角膜の曇りが
消えるまでに数日間の経過が必要であった。この移植し
た角膜の物理的変化である曇りが発生するのは、角膜自
体に氷の結晶が生成し、それに伴なって、基質が損傷を
受けるからである。本発明の装置を使用すれば、眼科医
が移植用角膜を冷凍調整し、その角膜を患者に移植する
ことができる。この場合には、角膜に発生する曇り、す
なわち、氷の結晶の発生は無視できる程度に軽微である
。このように角膜移植を行い得ることは、本発明の冷凍
調整の方法及び装置にとっては、本質的な長所ではない
が、これと同様に、本発明の方法及び装置は角膜移植の
手術の進歩に大きく貢献することができるものである。

〔実施例〕

実施例について図を参照して説明する。本発明の装置に
おいては、所要の生物学的組織を予め準備しておくこと
を基本的な前提としている。生物学的組織を準備する方
法としては、外科的摘出、採血、接着結合、その他の周
知の従来の各種の手法を使用することができるＪ本発明
の装置においては、生物学的組織を得るための方法を特
定の方法に限定しないが、本発明の装置に使用する生物
学的組織は、資料採取後、極力速やかにの調整すること
が好ましい。

生物学的組織は、その生物学的組織の資料受領後、直ち
に調整を行う。その標本の出荷、貯蔵、その他の所要の
処置を行っている間、その生物学的組織の標本を維持す
るために、その生物学的組織の試料に対して、標本固定
処理を施してはならない。すなわち、フォルムアルデヒ
ド、その他の生物学的に活性を有する固定のための溶液
を使用して固定処理を施してはならない。また、本発明
の方法に基づく試料の調整を行う前に、凍結その他従来
通常行われている方法によって、試料の物理的特性を変
化させてはならない。標本に対して後に、長期間貯蔵す
るため、又は、最近市販されている各種の分析装置に使
用するために、物理的な切断或いはその他の物理的な方
法による調整を施すことができる。

本発明の１９の応用形態においては、生物学的組織の標
本は分析用のものである。本発明の装置における調整の
ために最も適当な標本は、１立方ミリメートルの新鮮な
生物学的組織である。この標本はできるだけ速やかにガ
ラス化しなければならない。このように処理するのは、
結晶質をガラス質に変化させること、すなわち、透化に
よって標本を冷凍するためであり、この標本の冷凍は標
本の「凍結」とは異なるものである。この透化を行う方
法、すなわち、透化法を行う場合には、使用される冷却
装置が、生物学的組織の標本に含まれている可溶分及び
不溶分を、その（共晶としての）濃度の撹乱、転移、又
は変化をさせることなく、標本を部分的にガラス質に変
化させる。このようにしてガラス化された液体は、剪断
応力を受けた時に、例えば窓ガラスのように粉砕される
。

この透化状態には、液体の水を無定形状悪すなわち「ガ
ラス」状態に変換させることが含まれる。

これは生物学的組織の標本を迅速に超低温冷却すること
によって実現することができる。この生物学的組織の標
本の迅速な超低温冷却を行う時には、この生物学的組織
の標本を冷凍面に跳ねないように対向させる。この冷凍
面は（鏡のように）研磨され、かつ、汚されていないも
のでなければならない。また、この冷凍面は摂氏零下２
６５度ないし零下１９６度とすることが好ましい。また
、このような迅速な超低温冷却は１秒未満の時間で完了
させることが好ましい。

生物学的組織の標本の超低温冷却と生物学的組織の標本
の脱水との時間的な遅延すなわちタイムラグを予測して
、生物学的組織の標本をデユワ−瓶の液体窒素の中に浸
漬して摂氏零下１９６度で貯蔵することができる。この
生物学的組織の標本は、乾燥し、適当に浸漬した状態に
ある限り、細胞質の網状化又は細胞の分解代謝等が発生
することはなく、ガラス状態で無期限に保存することが
できる。細胞質の網状化又は細胞の分解代謝が発生すれ
ば、生物学的組織に分析データとして解釈できない有害
な物質が形成される。

第８図に示すように、本発明の極低温冷却装置１０は冷
凍面２０と真空装置３０とを含んでおり、この３０は冷
凍面２０の周囲の雰囲気を真空にするために使用される
。この極低温冷却装置１０はさらに冷却装置４０を含み
、この冷却装置４０は冷凍面２０を冷凍温度まで冷却す
る作用をする。

また、圧力回復装置５０は冷凍面２０の周囲の雰囲気と
協働する。標本取出し装置６０及びシャッタ組立体６１
は冷凍面２０と機能的に協働し、生物学的組織の取付は
装置と、生物学的組織を冷凍面を取り囲んでいるチャン
バの外からこのチャンバの中に入れて冷凍面２０に接触
させる装置とを含んでいる。温度制御装置８０は冷凍面
２０と機能的に協働して、この冷凍面２０の温度を制御
する作用を行う。

第１図は本発明の好ましい形態の斜視図である。

この好ましい形態においては、極低温冷却装置１０の主
要構成部材に標本取出し装置６０、真空チャンバ２１、
真空装置３０、及び、制御装置１１が含まれている。こ
の極低温冷却装置は取付は用フランジ５５に取り付けら
れ、この取付は用フランジ５５は水平面１２に固定され
ている。標本取出し装置６０はプランジャ６２を有し、
このプランジャ６２はプランジャのハウジング６４に摺
動し得るように取り付けられている。プランジャの端部
には標本保持装置７０（第４図）が設けられている。作
動用空気の管路６３はプランジャのハウジング６４に接
続されている。プランジャ６２は、シャッタ６５か開か
れた時に、空気で起動されて、生物学的組織の標本を冷
凍面２０に向けて下降させる。

標本取出し装置６０は基盤６７に取り付けられており、
この基盤６７はセルの側壁６８によって、真空チャンバ
２１の上に支持されている。標本取出し装置は、シャッ
タ組立体６１が真空チャンバ２１を溝切るように開いた
時に、空気作動方式により起動され、真空チャンバ２１
と並び、この真空チャンバ２１と協働して、生物学的組
織の標本を冷凍面２０の方向に下降させる。

シャッタ組立体６１はシャッタ６５を有し、このシャッ
タ６５にロッド６６が取り付けられており、このロッド
６６はロッドのハウジング７５から延びている。作動用
空気の管路７６はロッドのハウジング７５まで延びてい
る。シャッタ６５は真空チャンバの端板２３をシールし
、生物学的組織の標本が冷凍面に突き当てられる時に移
動して、真空チャンバを開く。このシャッタ６５は空気
作動方式で起動され、プランジャ６２の下降移動と協働
して開く。この空気による起動によって、プランジャ６
２に対して、このプランジャ６２を一定の速度で移動さ
せる力を連続的に加える。この力を連続的に加える作動
は、シャッタ６５が開く時と、生物学的組織の標本を冷
凍面２０に取り付ける時との、時間的な遅延との協働に
よって行われる。この時間的な遅延の値は、殆どの場合
、５ミリ秒未満である。

真空チャンバ２１は上端ｌＮ２３、管路のノ＼ウジング
４５、及び、真空チャンバのノ＼ウジング４７を含んで
いる。これらの構成部材はシールを形成している。これ
らの構成部材は、ステンレス鋼を用いて作るのが好まし
く、また、真空の時にシール状態を維持し得る溝造にす
ることができる。また、冷凍面２０は真空チャンバ２１
の内部に位置決めされている。冷却装置４０は冷媒を送
り込む管路２２を介して冷凍面２０を冷却する。この冷
媒を送り込む管路２２は冷媒を送り込む管路の継手３８
によって管路のハウジングのフランジ４５に接続されて
いる。この管路のハウジングのフランジ４５は、本発明
の好ましい形態では、２つの側部を合わせた形のフラン
ジである。さらに、冷媒を送り出す管路２８は、冷媒を
送り出す継手３つによって、管路のハウジングのフラン
ジ４５の対向している側部に接続されている。冷媒を送
り込む管路２２と冷媒を送り出す管路２８とは、冷媒を
循環させるために使用される。この冷媒は、液体窒素又
はヘリウムであり、生物学的組織の標本を冷凍面に突き
当てる前に、冷凍面を冷却するために使用される。

真空装置３０は真空用継手３４によって真空チャンバの
ハウジング４７の下端部に接続されている。真空装置３
０は、さらに、真空用の弁３１と真空用の管路５６を含
んでいる。真空装置３０は真空チャンバ２１を、炭化水
素の全くない状態で真空にする作用をする。

圧力回復装置５０は圧力回復用管路５４を含み、この圧
力回復用管路５４は真空チャンバのハウジング４７に接
続されている。この圧力回復装置５０は、さらに、圧力
回復用の弁５１を含み、この圧力回復用の弁５１は圧力
回復用流体の流れを制御するために使用される。この圧
力回復用流体は、本発明の好ましい形態においては、常
温の乾燥ヘリウム又は乾燥窒素ガスである。

温度制御装置、すなわち、サーモカップル８３も、管路
のハウジングのフランジ４５に接続されて、冷凍面２０
の温度を制御すると共に、この冷凍面２０を再生させる
ために使用される。加熱装置のための電気的コネクタ８
２と、サーモカップル８４のための電気的コネクタとは
、管路のハウジングのフランジ４５から延びている。

第２図に、真空チャンバ及び標本取出し装置を斜視図で
示す。本発明の好ましい形態においては、真空チャンバ
２１は図に示すように標本取出し装置６０を有し、この
標本取出し装置６０はチャンバの上に取り付けられて、
このチャンバと協働する。図に示すように、標本取出し
装置６０は作動用空気の管路６３とプランジャのハウジ
ング６４とを含んでいる。プランジャのハウジング６４
は基盤６７及び円形の側壁６８の上に取り付けられてお
り、この円形の側壁６８は真空チャンバ２１の上に取り
付けられている。また、第２図に示すように、ロッドの
ハウジング７５は円形の側壁６８の側部に取り付けられ
、この円形の側壁６８の側部の中に延びている。作動用
空気の管路７６はロッドのハウジング７５に接続され、
作動用空気の管路７６に沿って、ロッドに対して空気力
を加え、この空気力によって、ロッドがシャッタを駆動
し、このシャッタが真空チャンバ２１を開く。

さらに、第２図に示すように、取付は用フランジ５５が
設けられており、この取付は用フランジ５５は水平面１
２に取り付けられている。

第３図に本発明の好ましい形態における真空チャンバの
上面図を示す。この上面図において、基盤６７は真空チ
ャンバの上端板２３上に取り付けられている。さらに、
この第３図には、取付は用フランジ５５と、ウッドのハ
ウジング７５とが取り付けられている、シャッタ６５は
真空チャンバの上端板２３の頂部をシールしている。さ
らに、この第３図においては、冷凍面を冷却するための
冷媒を送り込む管路２２と、冷媒を送り出す管路２８と
が、真空チャンバ２１の内部に取り付けられている。

第４図は、本発明の好ましい形態における真空チャンバ
と標本取出し装置６０の断面図である。

この第４図は、第３図の装置の線４−４に沿う断面図で
ある。この図に示すように、標本取出し装置６０はプラ
ンジャのハウジング６４を含んでおり、プランジャ６２
はプランジャのハウジング６４から標本保持装置７０ま
で延びている。標本取出し装置６０は、さらに、作動用
空気の管路６３をも含んでいる。この標本取出し装置６
０は基盤６７に取り付けられており、この基盤６７は円
形の側壁６８の頂部から延びている。この円形の側壁６
８は真空チャンバ２１の上端板２３に取り付けられてい
る。真空チャンバ２１は上端板２３と、管路のハウジン
グのフランジ４５と、真空チャンバのハウジング４７と
を有する。これらの構成部材は、真空チャンバのねじ９
０にシール係合している。シャッタ６５は上端Ｅ２３の
開口部をシールし、ロッド６６に接続されている。この
ロッド６６はロッドのハウジング７５から延びている。

シャッタ組立体６１はシャッタ６５、ロッド６６、ロッ
ドのハウジング７５、及び、作動用空気の管路７６を有
している。ロッドのハウジング７５は円形の側９６８に
取り付けられ、空気によって起動されて、シャッタを開
く作用をする。このシャッタは真空チャンバ２１を閉じ
ているシャッタである。

冷却装置４０は冷凍面４１を有し、この冷凍面４１を冷
却するための流体を冷媒を送り込む管路２２に送り込み
、冷却用チャンバ２６に通し、冷媒を送り出す管路２８
から送り出させる。冷却用チャンバ２６は真空チャンバ
２１の内部に取り付けられている。この冷却用チャンバ
２６は冷凍面２０の下部２５を保持している。冷凍面２
０の下部２５は冷却用チャンバの内部まで延びており、
冷却の際に、液体窒素或いはヘリウム等の流体が供給さ
れる。真空ジャケット５８は、本発明の装置の全ての構
成部材を、液体の冷媒によって冷凍されないように保護
している。但し、冷凍を行うための冷却部材、すなわち
、冷凍ブロックは上記冷凍されないように保護されるこ
とはない。

冷凍面２０は、銅、クロム、金、銀、ダイアモンド、若
しくは、サファイアを用い、若しくは、これらを組み合
わせた材料を用い、或いは低温で熱伝導性の良い材料を
用いて作られ、生物学的組織の標本に接触するための鏡
面仕上げが施された滑らかな面を有する装置を組み合わ
せて構成することができる。好ましい冷凍面は外部にサ
ファイアを有する銅、又は、外部にダイアモンドを有す
る銅を含むものである。この好ましい形態においては、
冷凍面２０の下部２５は冷却用チャンバ２６の内部に維
持されている。

さらに第４図において、真空チャンバのハウジング４７
は真空チャンバのハウジングのフランジ４２と、真空チ
ャンバのハウジングの側９２４とを有する。さらに、圧
力回復装置５０は真空チャンバ２１に取り付けられて、
乾燥したヘリウムガス、又は、乾燥した窒素ガスを供給
される。圧力回復装置５０は圧力回復用の弁５１と、圧
力回復用管路５４とを含んでいる。真空チャンバのハウ
ジングのフランジ４２は取付は用フランジ５５に取り付
けられ、取付は用のフランジのねじ９３１；よって、水
平面１２上に固定される。

第５図に、真空チャンバ及び冷却チャンバの細部を示す
。この第５図に示すように、シャッタ６５は上端板２３
の頂部をシールしている。このシャッタは開かれる。こ
のシャッタが開かれるのは、ロッド６６が空気力によっ
て起動され、このロッド６６がシャッタを移動させて、
このシャッタと上端板とのシール係合を解除した時であ
る。

０リング３７は上端板２３に含まれており、シャッタ６
５をシールする作用をする。第５図に示しである冷凍面
２０は下部２５を有し、この冷凍面２０の下部２５は冷
却用チャンバ２６の内部に維持されている。この冷却用
チャンバ２６は、さらに、冷却チャンバの上端板２９と
、冷却チャンバの本体部２７と、冷却チャンバの下端板
４４とを含んでいる。冷却チャンバの本体部２７は管路
のハウジングのフランジ４５の下側部にシ、、−ル係合
し、これに対して、冷却チャンバの上端板２９は管路の
ハウジングのフランジ４５の上側部にシール係合してい
る。冷却用チャンバの上部のねじ９１は冷却用チャンバ
と、管路のハウジングのフランジと、冷却チャンバの本
体部２７とを接続している。冷却チャンバの本体部２７
は、さらに、冷却用チャンバの上部フランジ５２と、冷
却用チャンバの下部フランジ５３とを含んでいる。この
冷却用チャンバの下部フランジ５３は、冷却用チャンバ
２６の下部のねじ９２によって、冷却チャンバの下端板
４４に接続されている。冷却用チャンバ２６はシールさ
れて、流体の冷媒を保持している。この流体の冷媒は、
冷却用チャンバを通って循環している液体窒素又は液体
ヘリウム等の冷媒である。この冷却用チャンバの構造は
、衝撃装置の分野においてのみ公知であって、冷凍面を
急速冷凍するための冷媒の圧力１．４キログラム毎平方
センチメートル（２０ポンド毎平方インチ）に耐えるこ
とができる。これに対して、従来の殆ど全ての装置は０
．１４ないし０．３５キログラム毎平方センチメートル
（２ないし５ボンド毎平方インチ）を越える圧力に耐え
ることができない。

さらに、第５図に示すように、冷凍面４１は冷媒を送り
込む管路２２に冷凍用の冷媒を供給し、この冷媒を送り
込む管路２２は冷凍用の冷媒を冷却用チャンバ２６に導
入し、冷媒を送り出す管路２８から排出する。冷媒を送
り込む管路２２．２５は真空ジャケット５８によって取
り囲まれている。さらに、第５図に示すように、真空チ
ャンバのハウジング４７は取付は用フランジ５５に真空
チャンバのねじ９０で取り付けられている。圧力回復装
置５０は、圧力回復用管路５４を通して、気体を供給す
る。この気体は、常温で非凝縮性の気体であり、例えば
、乾燥したヘリウムガス、又は乾燥した窒素ガスであり
、圧力回復用の弁５１によって制御される。この供給さ
れたガスは、真空チャンバのハウジングの側壁２４に沿
って、この真空チャンバのハウジングの中に入る。

次に、第６図に、本発明の好ましい形態における管路の
ハウジングの断面形状を示す。この形状は第５図の線６
−６に沿った断面形状である。この第６図に示すように
、管路のハウジングのフランジ４５は冷媒を送り込む管
路２２と冷媒を送り出す管路２８とを含んでいる。この
冷媒を送り込む管路２２、及び、冷媒を送り出す管路２
８は、真空ジャケット５８によって取り囲まれている。

さらに、この第６図に示すように、ハウジングの小孔５
７は真空チャンバ２１の一部分を構成している。この構
造によって、真空チャンバ２１は管路のハウジングのフ
ランジ４５の上部と下部とを貫通している。

第７図は本発明の好ましい形態における真空チャンバの
分解斜視図である。この第７図に示すように、シャッタ
６５はロッド６６に着脱可能に取り付けられており、真
空チャンバの上端板２３に設けられている孔３６をシー
ルすることができる。

シールを行うために使用される部材、すなわち、０リン
グ３７は、真空チャンバの上端板２３の溝３５の中に、
この溝３５と同心円を形成するように取り付けられる。

この真空チャンバの上端板２３は真空チャンバ２１の頂
部に取り付けられている。０リング３７は、温度条件及
び圧力条件が非常に厳しい場合には、シール性能に優れ
た材料を用いて作ることができる。ガスケット４６は、
銅で作られており、その形状が円形平坦である。

このガスケット４６は真空チャンバの上端板２３を管路
のハウジングのフランジ４５に対してシールするために
使用される。また、冷凍面２０は下部２５を含んでおり
、この冷凍面２０の下部２５は冷却用チャンバ２６の内
部に維持されている。

電気的コネクタ８２は加熱装置のためのものであり、冷
凍面２０の下部２５から延びている。また、サーモカッ
プルのための電気的コネクタ８４も冷凍面２０の下部２
５から延びている。さらに、冷凍面２０の下部２５は温
度制御装置８０（第８図）を含んでおり、この温度制御
装置８０は、本発明の好ましい形態においては、加熱部
材すなわちカートリッジ型加熱装置８１である。このカ
ートリッジ型加熱装置８１の加熱用の素子を第８図に示
す。

カートリッジ型加熱装置８１の加熱用の素子は電気的コ
ネクタ８２に接続されている。このカドリッジ型加熱装
置８１の加熱用の素子に温度レギュレータを取り付ける
ことは好ましいことである。このようにすれば、カート
リッジ型加熱装置８１の加熱用の素子は冷凍面２０の温
度を自動的に制御することができ、このような構造によ
って、生物学的組織の標本を迅速に交換することができ
る。また、カートリッジ型加熱装置８１の加熱用の素子
は、特定された生物学的組織の標本に衝撃を与えるため
に所要の温度にする必要がある場合に、冷凍面２０の温
度を制御しながら上昇させるために使用することができ
る。このカートリッジ型加熱装置８１の加熱用の素子は
、冷凍面２０の下部２５に、従来型の留め具を用いて取
り付けることができる。カートリッジ型加熱装置８１は
、電気的コネクタ８２によって、電源（図示せず）に電
気的に接続されている。サーモカップル８３は冷凍面２
０に、電気的コネクタ８４で電気的に冷却用チャンバ２
６は真空チャンバ２１に取り囲まれている。この冷却用
チャンバ２６は冷却チャンバの上端板２９と、冷却チャ
ンバをシールする環状のシール部材３２と、銅で作られ
ているガスケット３３とを有し、このガスケット３３は
上端板を管路のハウジング４５に対してシールするため
に使用される。冷凍面２０の下部２５は冷却チャンバの
上端板に摺動できるように取り付けられ、冷却チャンバ
をシールする環状のシール部材３２に結合されている。

このような構造によって、冷却用チャンバ２６は真空チ
ャンバ２１に対してシールされ、これに対して、冷凍面
２０は冷却用チャンバ２６の頂部から延びている。また
、図に示すように、管路のハウジングのフランジ４５は
ハウジングの小孔５７を有し、このハウジングの小孔５
７はこの管路のハウジングのフランジ４５を貫通してい
る。このハウジングの小孔５７には接続部分が設けられ
ている。この接続部分は、冷媒を送り込む管路２２と、
冷媒を送り出す管路２８とを、この管路のハウジングの
小孔５７に取り付けて、冷媒を冷却用チャンバ２６に循
環させるために必要なものである。この管路のハウジン
グの小孔５７は真空チャンバ２１を部分的に構成してい
る。また、ガスケット４８は銅で作られており、環状で
平坦な形状であり、管路のハウジングのフランジ４５を
真空チャンバのハウジング４７のフランジ４２に対して
シールするために設けられている。真空チャンバのハウ
ジング４７は、さらに、真空チャンバのハウジングの側
壁２４と、ハウジング４９の底面を含んでいる。

次に、冷却用チャンバ２６において、銅で作られたガス
ケット４３は冷却用チャンバの上部フランジ５２を管路
のハウジング４５に対してシールする作用を行う。銅で
作られたガスケット４３Ａは冷却用チャンバの下部フラ
ンジ５３を冷却チャンバの下端板４４に対してシールす
る作用を行う。

このような構造によって、冷却チャンバを真空チャンバ
２１の内部で気密にシールすることができる。冷却チャ
ンバの上部のねじ９１と、冷却チャンバの下部のねじ９
２とは、冷却チャンバと管路のハウジング４５とを組み
立てるために使用されている。真空チャンバのねじ９０
は、さらに、真空チャンバの上端阪２３と、管路のハウ
ジング４５と、真空チャンバのハウジング４７とを組み
立てるために使用されている。

真空チャンバ２１を真空にするために、装置外に設けら
れている真空ポンプを使用する。この外部の真空ポンプ
（図示せず）は、振動が伝達されない構造の冷凍用真空
ポンプ及びベーンポンプ、又は、これと同等の装置とす
るのが好ましい。これは、真空チャンバ２１の内部を少
なくとも１×４ミリバールの真空するためである。この
ための真空ポンプとして、市販のポンプを使用すること
ができる。真空装置３０の概略の形状を第８図に示す。

冷却用チャンバ２６には、冷媒をリザーバから真空チャ
ンバ２１に送り込むための管路２２が設けられている。

この冷却用チャンバ２６には、さらに、冷却用チャンバ
２６から冷媒をパージングするための冷媒を送り出す管
路２８が設けられている。冷媒の供給源は装置の外部に
設けられており、この冷媒の供給源には制御装置が設け
られており、この冷媒の供給源は冷却用チャンバ２６に
冷媒を供給するために使用される。冷媒として使用する
ものとして、液体窒素又は液体ヘリウムを含む材料を使
用することができる。本発明の装置及び方法の１９の長
所は、冷媒を供給する圧力を、従来の装置よりも概ね高
くすることができる点にある。冷媒の代表的な供給圧力
は約０．７０ないし１．７６キログラム毎平方センチメ
ートル（約１０ないし２５ポンド毎平方インチ）であり
、最も好ましい供給圧力は約１．４１キログラム毎平方
センチメートル（約２０ポンド毎平方インチ）である。

本発明の好ましい形態における装置は次のように作用す
る。まず、シャッタ６５を移動させて真空チャンバ２１
を閉じる。真空装置を起動して真空チャンバ２１の内部
を高度の真空にする。この真空チャンバ２１の内部が真
空になった後に、冷媒を送り込む管路２２から冷却チャ
ンバの内部に冷媒を導入し、この冷却チャンバの内部か
ら、冷媒を送り出す管路２８を通して冷媒を排出する。

冷却装置４０を用いて冷凍面２０を冷却する。この冷凍
面２０を冷却する温度は摂氏零下１８５度或いはそれよ
り低温にすることが好ましい。この冷凍面２０を冷却す
る温度は、本発明に基づいて変えることができる。この
冷凍面２０を冷却するための所要の温度は、冷凍面の条
件及び生物学的組織の標本の条件等によって支配される
ものである。冷却を行っている時の冷凍面の温度は、温
度制御装置８０を用いて検知する。

所要の温度になった時に、真空装置を切り離し、圧力回
復装置５０を起動して真空チャンバ２１の内部の圧力を
真空から常圧に戻す。好ましい形態においては、真空チ
ャンバ２１の内部の圧力を常圧に戻すために、乾燥した
ヘリウムガスを使用する。このような方法の代りに、常
温で、乾燥した窒素ガスを使用しても差し支えない。圧
力回復装置５０は、常温で、乾燥したヘリウムガス又は
乾燥した窒素ガスを真空チャンバ２１の中に入れて、こ
の真空チャンバ２１の内部の圧力を常圧に回復させるこ
とができる。常温で凝縮しない乾燥したヘリウムガス又
は乾燥した窒素ガスを使用するのは、生物学的組織の標
本を冷凍面２０まで移動させる時に、その生物学的組織
の標本が予冷されるのを防止するためである。ここで注
目すべきことは、真空チャンバの内部の圧力を、好まし
くは常温で、冷凍面に有害な凝縮を生じさせることなく
、又は、生物学的組織の標本を予冷することなく、上昇
させるために、任意の非凝縮性ガスを使用することがで
きるという点である。真空チャンバ２１の内部が大気圧
に戻った時に、シャッタ６５の内部の圧力がこのシャッ
タ６５の外部の圧力と等しくなり、空気力を用いてシャ
ッタ６５を開いて、真空チャンバ２１の内部に生物学的
組織の標本を出し入れすることができる状態になる。空
気力を用いることによって、真空チャンバの上端板の開
口部から冷凍面２０まで、プランジャを一定の速度で下
降させることができる。冷却装置４０及び真空装置３０
は、生物学的組織の標本を冷凍面に当てる時に、停止さ
せておく。これは、生物学的組織の標本を冷凍面に当て
ている時に、冷媒によって冷凍面に有害な振動が加えら
れないようにするためである。

空気力で起動されるシャッタを用いてチャンバを開く時
から、生物学的組織の標本を冷凍面に当てて冷却する時
までの間に、機能的に有用な遅延時間、すなわち、タイ
ムラグを生じさせることは好ましいことである。使用す
る冷却装置に応じて、生物学的組織の標本を冷凍面に当
てている時に、冷凍面を摂氏零下２６５度ないし１８５
度にすることは好ましいことである。

生物学的組織の標本を冷凍面２０に押し当てた後、すな
わち、押圧冷却した後に、冷却装置４０を再度起動させ
る。生物学的組織の標本を抑圧冷却した後に、この生物
学的組織の標本を、選択的に、所要時間、冷凍面に接触
させた状態に維持する。その後に、生物学的組織の標本
を冷凍面から取り外し、移し、このデユワ−瓶の中で液
体窒素の中に保管し、標本保持装置から取り出した後は
、低温に維持する。その後に、空気力で作動するシャッ
タを閉じて真空チャンバの上端板２３を閉じる。その後
に、加熱装置８１を起動させて冷凍面２０の温度を上昇
させる。冷凍面を加熱している時に、シャッタ６５を閉
じて真空に引くことは、この冷凍面２０に凝縮又は汚損
要因物の付着を防止するために、好ましいことである。

この加熱工程は、真空下で行う。これは、汚損させるこ
となく、昇華させることができるようにするためである
。冷凍面２０が所要の温度に達した時に、好ましくは室
温に達した時に、冷凍面２０を清浄にすることができる
。冷凍面を再生している時に、所要の温度にするために
、冷却装置は停止させておく。

次に、圧力回復装置について説明する。この圧力回復装
置は、生物学的組織の標本を冷凍面２０に突き当てる前
に、真空チャンバ２１の内部圧力を大気圧に戻すために
のみ使用する。この圧力回復装置は、真空チャンバ２１
の内部圧力が大気圧に戻り次第、速やかに停止させる。

生物学的組織の標本を冷凍面２０に突き当て、この生物
学的組織の標本を冷凍面２０から引き離した後、冷凍面
を再生している時に、選択的に、真空装置３０を再度起
動させて、真空チャンバ２１の内部を真空に引く。

従来は、生物学的組織の標本を逐次的に冷却する時には
、そのターンアラウンド・タイムが遅くなっている。そ
の原因は、冷却ブロックを加熱することと、冷却装置全
体を再度起動することにあった。これに対して、本発明
においては、冷凍面を再生するためのターンアラウンド
・タイムを、３ないし５分、或いはそれ以下に短縮する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各生物学的組織の標本の冷凍と冷凍と
の間に冷凍面の再生を行って、多数の生物学的組織の標
本を逐次的に冷凍することができる。各生物学的組織の
標本の冷凍と冷凍との間に、この冷凍面を室温で清掃す
ることができる。この冷凍面の清掃を室温で行うように
することは好ましいことである。この冷凍面は、冷却し
ている時、強く真空に引く。これは、炭化水素による汚
損を排除するためである。冷凍面への凝結、及び（又は
）、冷凍面の汚損は、冷凍面に生物学的ｍ織の標本を衝
突させて冷却している時には発生しない。

生物学的組織の標本の予冷、及び、冷凍面への凝縮は、
乾燥したヘリウムガス、乾燥した窒素ガス、又は、これ
ら以外の室温で凝縮しないガスを、真空チャンバに導入
することによって、防止することができる。さらに、本
発明によれば、冷媒、すなわち、液体ヘリウム及びヘリ
ウムガスが冷凍面の近傍に衝突するために発生する冷凍
面における振動の問題を除去することができる。さらに
、空気作動方式のシャッタと標本取出し装置とを採用し
ているので、シャッタを開（時と、生物学的組織の標本
を冷凍面に衝突させる時との、タイミングの問題をも除
去することができる。

以上、本発明の好ましい形態を詳細に説明したが、これ
らの形態を最終的な用途に合わせた冷却装置の設計に容
易に応用し得るものであることは明らかである。本発明
の詳細な説明は、本発明を限定するためのものではなく
、本発明の好ましい形態の説明のみを目的とするもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく超高速冷凍装置の好ましい形態
における斜視図、第２図は本発明に基づく超高速冷凍装
置の好ましい形態における真空チャンバと標本取出し装
置の斜視図、第３図は本発明に基づく超高速冷凍装置の
好ましい形態における真空チャンバの上面図、第４図は
本発明に基づく超高速冷凍装置の好ましい形態における
真空チャンバと環水取出し装置の第３図の線４−４に沿
う断面図、第５図は本発明に基づく超高速冷凍装置の好
ましい形態における真空チャンバの断面図、第６図は本
発明に基づく超高速冷凍装置の好ましい形態における管
路のハウジングの第５図の線６−６に沿う断面図、第７
図は本発明に基づく超高速冷凍装置の好ましい形態にお
ける真空チャンバの分解斜視図、第８図は本発明に基づ
く超高速冷凍装置の構成部材の機能の説明図である。 １０・・・本発明の極低温冷却装置、１１・・・制御装
置、１２・・・水平面、２０・・・冷凍面、２１・・・
真空チャンバ、２２・・・冷媒を送り込む管路、２３・
・・真空チャンバの上端板、２４・・・真空チャンバの
ハウジングの側壁、２５・・・冷凍面２０の下部、２６
・・・冷却用チャンバ、２７・・・冷却チャンバの本体
部、２８・・・冷媒を送り出す管路、２９・・・冷却チ
ャンバの上端板、３０・・・真空装置、３１・・・真空
用の弁、３２・・・冷却チャンバをシールする環状のシ
ール部材、３３・・・銅で作られているガスケット、３
４・・・真空用継手、３６・・・真空チャンバの上端板
２３に設けられている孔、３７・・・０リング、３８・
・・冷媒を送り込む管路の継手、３９・・・冷媒を送り
出す継手、４０・・・冷却装置、４１・・・冷凍面、４
２・・・真空チャンバのハウジングのフランジ、４３　
４３Ａ・・・銅で作られたガスケット、４４・・・冷却
チャンバの下端板、４５・・・管路のハウジングのフラ
ンジ、４７・・・真空チャンバのハウジング、４８・・
・ガスケット、５０・・・圧力回復装置、５１・・・圧
力回復用の弁、５２・・・冷却用チャンバの上部フラン
ジ、５３・・・冷却用チャンバの下部フランジ、５４・
・・圧力回復用管路、５５・・・取付は用フランジ、５
６・・・真空用の管路、５７・・・ハウジングの小孔、
５８・・・真空ジャケット、６０・・・標本取出し装置
、６１・・・シャッタ組立体、６２・・・プランジャ、
６３・・・作動用空気の管路、６４・・・プランジャの
ハウジング、６５・・・シャッタ、６６・・・ロッド、
６７・・・基ｆｆｉ、６ｇ−・・セルの側壁、７０・・
・標本保持装置、７５・・・ロッドのハウジング、７６
・・・作動用空気の管路、８０・・・温度制御装置、８
１・・・カートリッジ型加熱装置、８２・・・加熱装置
のための電気的コネクタ、８３・・・サーモカップル、
８４・・・サーモカップルのための電気的コネクタ。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 Ｇ引〆３２ レー／− ｔμｔ１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷凍面と、真空装置と、冷却装置と、圧力復元装置
   と、標本搬送設定組立体と、温度制御装置とを備えてお
   り、 前記冷凍面が生物学的組織を受け入れて前記生物学的組
   織を超高速で冷却するために取り付けられ、前記冷凍面
   がチャンバによって取り囲まれており、 前記真空装置が前記チャンバと機能的に協働して前記生
   物学的組織の雰囲気を減圧し得るように設けられており
   、 前記冷却装置が前記冷凍面及び前記チャンバと機能的に
   協働し、 前記圧力復元装置が前記チャンバと機能的に協働して前
   記冷凍面の周囲の雰囲気の圧力を増大させ、 前記標本搬送設定組立体が前記冷凍面及び前記チャンバ
   と機能的に協働し、前記前記標本搬送設定組立体が前記
   チャンバの内部の冷凍面に生物学的組織を取り付けるた
   めの装置並びに前記チャンバの内部の冷凍面に前記生物
   学的組織を搬送するための装置を含み、 前記温度制御装置が前記冷凍面と機能的に協働する構造
   であることを特徴とする生物学的組織を超高速で冷却す
   る装置。 ２、前記冷凍面が、銅、クロム、金、銀、サファイア、
   ダイアモンド、又は、これらを組み合わせて成るグルー
   プから選定された材料を用いて作られて成る請求項１に
   記載の生物学的組織を超高速で冷却する装置。 ３、前記冷凍面が金で作られた主要部分を有し、前記冷
   凍面が銀で作られた主要でない部分を有し、銅で鍍金さ
   れて成る請求項１に記載の生物学的組織を超高速で冷却
   する装置。 ４、前記冷凍面が金で作られた主要部分を有し、前記冷
   凍面がサファイアで作られた主要でない部分を有して成
   る請求項１に記載の生物学的組織を超高速で冷却する装
   置。 ５、前記生物学的組織が１つ以上の生物学的組織の標本
   を含む請求項２に記載の生物学的組織を超高速で冷却す
   る装置。 ６、前記超高速冷却が摂氏零下１４０度以下の温度で行
   われる請求項２に記載の生物学的組織を超高速で冷却す
   る装置。 ７、前記真空装置が約１×１０＾−＾４ないし約１×１
   ０＾−＾１＾０ミリバールの真空を作り出す請求項１に
   記載の生物学的組織を超高速で冷却する装置。 ８、前記真空装置が機械的なポンプを有して成る請求項
   １に記載の生物学的組織を超高速で冷却する装置。 ９、前記真空装置が高度の真空を作り出す真空ポンプに
   結合された機械的なポンプを有して成る請求項１に記載
   の生物学的組織を超高速で冷却する装置。 １０、前記真空装置が冷凍ポンプを有して成る請求項１
   に記載の生物学的組織を超高速で冷却する装置。 １１、さらに、炭化水素トラップを有し、該炭化水素ト
   ラップが前記真空装置と協働して成る請求項１に記載の
   生物学的組織を超高速で冷却する装置。 １２、前記炭化水素トラップが分子篩トラップを有して
   成る請求項１１に記載の生物学的組織を超高速で冷却す
   る装置。 １３、前記冷却吸収ポンプがブレークアウトジャケット
   に取り囲まれて成る請求項１０に記載の生物学的組織を
   超高速で冷却する装置。 １４、前記冷却装置が前記チャンバへの入口と出口とを
   有し、前記チャンバへの入口が冷媒供給源に結合され、
   前記冷媒が液体窒素、ヘリウム、又は、それらが組み合
   わされて成るグループから選択される請求項１に記載の
   生物学的組織を超高速で冷却する装置。 １５、前記冷却装置が冷媒を０．７０キログラム毎平方
   センチメートル（１０ポンド毎平方インチ）以上の圧力
   で流すことができる請求項１４に記載の生物学的組織を
   超高速で冷却する装置。 １６、前記圧力復元装置が、標本を取り出す前に、冷凍
   面を取り囲んでいるチャンバの圧力を真空から大気圧に
   効率良く戻すことができる請求項１に記載の生物学的組
   織を超高速で冷却する装置。 １７、前記標本取出し装置がプランジャを有し、前記プ
   ランジャが支持構造部分に取り付けられており、前記プ
   ランジャが前記チャンバに出入りできるように動かされ
   、前記支持構造部分が前記チャンバと協働することがで
   き、前記プランジャが前記冷凍面と並んで協働して前記
   プランジャの経路が前記プランジャと前記プランジャに
   取り付けられた生物学的組織とを前記チャンバの中に入
   れて前記冷凍面に整合させることができる請求項１に記
   載の生物学的組織を超高速で冷却する装置。 １８、前記標本取出し装置がさらに可動のシャッタを含
   み、前記シャッタが前記プランジャの前記チャンバへの
   接近を制御することができる構造である請求項１に記載
   の生物学的組織を超高速で冷却する装置。 １９、前記標本取出し装置がさらに標本保持装置を有し
   、前記標本保持装置が前記冷凍面に対する押圧及び反発
   を最少にし得る構造であることを特徴とする請求項１に
   記載の生物学的組織を超高速で冷却する装置。 ２０、前記標本保持装置が磁気ディスクと、フォームラ
   バーで作られたクッションと、青銅で作られた板状部材
   と、前記生物学的組織を取り付ける装置とを含んで成る
   請求項２０に記載の生物学的組織を超高速で冷却する装
   置。 ２１、冷凍面と、真空装置と、冷却装置と、圧力復元装
   置と、標本搬送設定組立体と、カートリッジ型の加熱装
   置とを備えており、 前記冷凍面が生物学的組織を受け入れて前記生物学的組
   織を超高速で冷却するために取り付けられ、前記冷凍面
   がチャンバによって取り囲まれており、前記冷凍面が、
   銅、クロム、金、銀、サファイア、ダイアモンド、又は
   、これらを組み合わせて成るグループから選定された材
   料を用いて作られており、 前記真空装置が前記チャンバと機能的に協働して前記生
   物学的組織の雰囲気を１×１０＾−＾４ないし約１×１
   ０＾−＾１＾０ミリバールの真空に減圧することができ
   、 前記冷却装置が前記冷凍面と前記チャンバとを機能的に
   協働させ、前記冷却装置が冷媒供給源に結合され、前記
   冷媒が液体窒素、ヘリウム、又は、それらが組み合わさ
   れて成るグループから選択され、 前記圧力復元装置がガスの供給源を有し、前記圧力復元
   装置が前記チャンバと機能的に協働して冷凍面の周囲の
   雰囲気の圧力を真空から大気圧に戻すことができ、 前記標本搬送設定組立体が前記冷凍面及び前記チャンバ
   と機能的に協働し、前記標本搬送設定組立体が前記チャ
   ンバの内部の冷凍面に生物学的組織を取り付けるための
   装置並びに前記チャンバの内部の冷凍面に前記生物学的
   組織を搬送するための装置を含み、 前記カートリッジ型の加熱装置が前記冷凍面と効率良く
   協働する構造である生物学的組織を超高速で冷却する装
   置。