WO2006013824A1 - 生物サンプル凍結装置および凍結方法 - Google Patents

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freezing
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container
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Katsuhiko Sasaki
Kyoko Uchiyama
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Livestock Improvement Association Of Japan Inc
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    • F25D2600/06—Controlling according to a predetermined profile

Definitions

  • the present invention relates to a biological sample freezing apparatus and freezing method, and is effective when applied to, for example, cooling and freezing cells and tissues such as semen and embryo for cryopreservation.
  • an appropriate cooling process for cryopreservation differs depending on the type of the sampnore.
  • each of the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C is provided with a tunnel 81A, 81B, 81C through which the rod 84 moves.
  • ⁇ 84 is equipped with a plurality of tubular sample snopres containers 10 'containing biological samples, and is moved through the tunnels 81A, 81B, 81C by being pushed by the piston 83 provided at the tip of the propulsion rod 82. To be made.
  • each of the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C is provided with a freezing device 85 and a heater 86 so that one end side of the block is heated while the other end side is cooled. It has become.
  • the plurality of sample containers 10 'mounted on the basin 84 are sequentially cooled by moving from the heating side to the cooling side of each heat transfer block 80A, 80B, 80C.
  • a video camera 87 is arranged between the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C so as to monitor the cooling state of the sample.
  • the sampnole in each sampnore container 10 ′ is frozen in a state where it can be cryopreserved.
  • the sample container 10 ′ that has undergone such a cooling process is stored in a final freezing container 60 that is cooled with liquid nitrogen gas.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Fair 8— 4601
  • Patent Document 2 US Patent 5, 873, 254
  • the plurality of sample containers 10 ′ mounted on the basket 84 are cooled in the tunnels 81A, 81B, 81C of the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C.
  • the tunnels 81A, 81B, 81C spaces are formed so that at least the hooks 84 can pass through without trouble.
  • Cold heat (cooling negative heat) from the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C is transmitted to the sample container 10 'on the tub 84 through the space in the tunnels 81A, 81B, 81C, that is, air. That is, the sample container 10 ′ is indirectly cooled through the air layer in the tunnels 81A, 81B, 81C.
  • tunnels 81A, 81B, and 81C that have enough space to pass the above-mentioned fence 84 without hindrance Then, at least a gap space significantly larger than the outer diameter of the sample container 10 ′ is generated between the sample container 10 ′ and the inner surfaces of the tunnels 81A, 81B, 81C. That is, a thick air layer that prevents smooth and stable heat transfer is interposed between the Sampnore vessel 10 'and the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C.
  • the sample vessel 10 ' is cooled under a temperature condition different from that of the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C. There is a high possibility of being caught.
  • the cooling temperature condition is likely to vary depending on the mounting position on the ⁇ 84. That is, the cooling conditions vary greatly.
  • the video camera 87 is disposed between the heat transfer blocks 80A, 80B, and 80C, and the actual cooling state of the Sampnore vessel 10 'mounted on the wall 84 is imaged and monitored. I have to.
  • the cooling state of the sample container 10 ′ on the basin 84 is monitored with a video camera, the cooling state of the sample container 10 ′ is performed through the air layer in the tunnels 81A, 81B, 81C. Even if the temperature of the block locks 80A, 80B, and 80C is manipulated, it is not necessarily accurately reflected in the cooling temperature condition of each sample container 10 '.
  • the heat transfer conditions involving the air layers in the tunnels 81A, 81B, 81C are unstable, so the reproducibility of the cooling conditions is poor.
  • the bowl 84 is also thermally interposed between the sample container 10 'and the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C, and transfers heat between the sample container 10' and the heat transfer blocks 80A, 80B, 80C. It is a hindering factor to make fever unstable.
  • the present invention has been made in view of the background and problems as described above, and the object thereof is to properly and appropriately use a plurality of sample containers when cooling a sample container containing a biological sample for cryopreservation. It is possible to provide cooling conditions with good reproducibility, and provides an effective means to prevent variation in cooling conditions between sample containers, thereby freezing with minimal adverse effects on the sample. It is to make it possible to save. Means for solving the problem
  • the present invention provides the following means as an apparatus for solving the above problems.
  • a biological sample freezing apparatus for freezing a biological sample contained in a thin tubular sample container, comprising a heat transfer block cooled at a predetermined temperature and / or a predetermined cooling rate.
  • the heat transfer block has a plurality of independent through-holes extending to the other end of the heat transfer block, and each through-hole is formed so as to pass through the sample container one by one.
  • a biological sample freezing apparatus comprising a moving drive means for passing the sample container through a through hole.
  • each of the plurality of through holes has a gap formed between the inner surface of the through hole and the sample container at least larger than the outer diameter of the sample container.
  • a biological sample freezing apparatus characterized by having a small inner diameter.
  • the plurality of through holes each have a gap formed between the inner surface of the through hole and the Sampnore container. 5% or less or 0.1 mm or less of the bio-sampnore freezing device.
  • the plurality of through holes are arranged in parallel in the heat transfer block at a predetermined interval.
  • Biological sample freezing device characterized by that.
  • the sample containers are positioned one by one on the extension shafts of the plurality of through holes on one end side of the heat transfer block.
  • a biological sump nore freezing device characterized in that a guide table for guiding movement into the through hole is provided.
  • the movement driving means includes a plurality of propulsion rods for propelling and moving each sample container in the axial direction of the through hole.
  • a bio-sampnore freezing device comprising propulsion drive means for moving the plurality of propulsion rods in the axial direction of the through hole at a predetermined speed.
  • the propulsion drive means is a stepping motor or a servo.
  • a control means for controlling the moving speed and moving amount of the propulsion rod by controlling the cycle and number of the driving pulses of the stepping motor or servo motor while using the motor as a driving source is provided.
  • Biological sample freezing device for controlling the moving speed and moving amount of the propulsion rod by controlling the cycle and number of the driving pulses of the stepping motor or servo motor while using the motor as a driving source.
  • a bio-Sampnore freezing apparatus characterized in that in any one of the means (1) to (7), a Bellech element is used as a cooling means for the heat transfer block.
  • a plurality of the heat transfer blocks are installed in series in the moving direction of the sample container, and each heat transfer block has a predetermined temperature.
  • a biological sample freezing apparatus comprising a plurality of cooling means for cooling or cooling at a predetermined cooling rate.
  • the present invention provides the following means as a method for solving the above problems.
  • the biological Sampnore freezing method characterized in that the means (10) includes a step of passing the sample container through a through hole of a heat transfer block cooled to a predetermined temperature at a predetermined speed.
  • the method includes a step of allowing the Sampnore container to stay in a through-hole of a heat transfer block cooled to a predetermined temperature for a predetermined time.
  • Product sample freezing method
  • a biological sample freezing method comprising:
  • the sample container is cooled by sequentially using two or more heat transfer blocks having different temperature setting conditions.
  • Biological sample freezing method In any one of the above means (10) to (: 13), the sample container is cooled by sequentially using two or more heat transfer blocks having different temperature setting conditions. Biological sample freezing method.
  • FIG. 1 is a side view (a) and a top view (a) showing an outline of a biological sample freezing apparatus to which the technology of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a perspective view showing portions of a heat transfer block and a guide table of the apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing a side cross section (a), a transverse cross section, and a partially enlarged cross section (b) of a heat transfer block.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of the biological samplenore freezing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a cross section of a Sampnore container suitable for cooling using the apparatus of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the sampnore frozen by the first example of the biological sample freezing method according to the present invention in a state after thawing compared to Conventional Example 1.
  • FIG. 7 is a graph showing the state after thawing of a sample that has been frozen by the second embodiment of the biological sample freezing method according to the present invention in comparison with Conventional Example 1.
  • FIG. 8 is a sectional view showing an outline of a conventional biological sample freezing apparatus.
  • FIGS. 1 to 3 show an embodiment of a biological Samnole freezing apparatus to which the technology of the present invention is applied.
  • Figure 1 shows an overview of the entire device in side view (a) and top view (a).
  • FIG. 2 is a perspective view of the heat transfer block and the guide table portion of the apparatus shown in FIG. Figure 3 shows a side cross section ( a ), a cross section and a partially enlarged cross section (b) of the heat transfer block.
  • the biological sample freezing apparatus shown in the figure is used for cooling cells and tissues such as semen and embryos for cryopreservation, and its main part is shown in FIG. Further, the heat transfer block 20, the guide table 30, the movement drive means 40, and the control drive unit 50 are configured. Biological Sampunore is stored in a thin tubular sample container (also called a straw) 10 and subjected to a cooling process for cryopreservation.
  • a thin tubular sample container also called a straw
  • the heat transfer block 20 is a rectangular solid block, and is cooled by a cooling unit (cooling means) 25 at a predetermined temperature and Z or a predetermined cooling rate. It has come to be.
  • a highly heat conductive metal or ceramic is used as a material of the heat transfer block 20.
  • the metal material for example, aluminum or an aluminum alloy, copper or a copper alloy such as brass is suitable.
  • the ceramic for example, aluminum nitride is suitable.
  • the heat transfer block 20 is provided with a plurality of independent through holes 21 extending from one end to the other end.
  • the plurality of through holes 21 are arranged in parallel in the heat transfer block 20 with a predetermined interval therebetween.
  • Each through hole 21 is formed to have a minimum inner diameter ( ⁇ 2) necessary for inserting and passing the above-mentioned Sampnore containers 10 one by one.
  • the through hole 21 is formed to have an inner diameter ⁇ 2 that is slightly larger than the outer diameter ⁇ 1 of the sample container 10.
  • the Sampnore container 10 is almost fitted in the through hole 21 without forming a useless gap with the through hole 21. In the state, it is tightly fitted with no gap and moves and passes.
  • the through hole 21 is formed with an inner diameter ⁇ 2 such that a gap formed between the inner surface of the through hole 21 and the sample container 10 is at least smaller than the outer diameter ⁇ 1 of the sample container. If this is the case, the above-described problem of Conventional Example 2 can be solved.
  • the gap space is made at least smaller than the outer diameter ⁇ 1 of the Sampnore container 10 to ensure proper and reproducible cooling. A good cooling process can be performed.
  • the gap space can be further narrowed.
  • the cooling treatment of the plurality of sample containers 10 can be performed more appropriately.
  • the gap formed between the inner surface of the through hole 21 and the sample container 10 may be 5% or less or 0.1 mm or less of the outer diameter ⁇ 1 of the Sampnore container.
  • the difference between the outer diameter ⁇ 2 and the inner diameter ⁇ should be 0.1 mm or less. A stable and good heat transfer state can be secured with the sample container 10.
  • the difference between the outer diameter ⁇ 2 and the inner diameter ⁇ 1 ( ⁇ 2 ⁇ 1) is a ratio (less than 5%) to the outer diameter ⁇ 1 when the outer diameter ⁇ 1 of the sample container 10 is large. ). Also, if the outer diameter ⁇ 1 of the sample container 10 is small, it should be specified in absolute dimensions (0.1 mm or less).
  • the heat transfer block 20 having the through-holes 21 may be configured integrally from the beginning using a single block material, but is a so-called divided configuration configured by combining a plurality of divided blocks. Is also possible. In the case of a split configuration, the through hole 21 is also split and formed together. Can. For example, in the case of a two-divided configuration, the through-hole 21 can be formed by combining grooves formed in two divided blocks.
  • the cooling unit 25 is configured using a Peltier element, and its cooling side (heat absorption side) surface is in close contact with the entire lower surface of the heat transfer block 20.
  • the Peltier element can be cooled to the required cooling temperature (low temperature) by stacking multiple stages in series.
  • the heat transfer block 20 can be cooled to a predetermined cooling temperature or cooled at a predetermined cooling rate.
  • the cooling side of the heat transfer block 20 and the cooling unit 25 is thermally insulated from the outside temperature by a heat insulating material using foamed resin or the like.
  • the guide table 30 is installed on one end side of the heat transfer block 20.
  • a plurality of (many) guide grooves 31 are formed in parallel on the upper surface of the guide table 30.
  • Each guide groove 31 is provided in a one-to-one correspondence on the extension shaft of the through hole 21, and holds and guides the sampler containers 10 one by one while moving and guiding them into the through hole 21. It is formed like this.
  • the movement drive means 40 includes a plurality of propulsion rods 42, a rod guide 43, a movable member 44, a linear motion guide (linear guide) 45, a stepping motor 46, a ball screw 47, and the like.
  • the movement driving means 40 is installed on a common base 41 together with the heat transfer block 20 and the guide table 30.
  • the propulsion rods 42 are arranged on the extension shaft of the through-hole 21 one by one while being positioned in parallel with each other, and each sample container 10 held in the positioning state in the guide groove 31 of the guide table 30 is set to each.
  • the through hole 21 is configured to be propelled and moved in the axial direction.
  • the rod guide 43 is installed in front of the guide table 30. This rod guide 43 has the tip of each propulsion rod 42 precisely aligned with the central axis of the through hole 21. However, the rod 42 is positioned and guided to move smoothly into the through hole 21. For this reason, although not shown, the rod guide 43 has a guide hole (or guide groove) that slides and guides one propulsion rod 42.
  • the base end side of the propulsion rod 42 is held and fixed to the movable member 44.
  • the movable member 44 is guided by the linear motion guide 45 so as to reciprocate in parallel with the extension axis of the through hole 21.
  • the movable member 44 is driven to move while being guided by the linear guide 45 by a ball screw 47 that is rotationally driven by a stepping motor 46.
  • the propulsion rods 42 are simultaneously advanced to move the sample container 10 on the guide table 30 into the through hole 21 in the heat transfer block 20.
  • the Sampnore container 10 passes through the through hole 21 and is finally pushed out onto the air-permeable frame in the final freezing container 60.
  • a predetermined amount of liquid nitrogen is filled under the breathable frame, and the current flowing through the electric heater immersed in the final freezing container is adjusted so that the final freezing container has a predetermined temperature, for example, 100 °. C 196 ° C is maintained.
  • the stepping motor 46 and the ball screw 47 constitute propulsion drive means for moving the plurality of propulsion rods 42 in the axial direction of the through hole 21 at a predetermined speed.
  • the movement speed and movement amount of the above-mentioned propulsion rod 42 can be controlled easily and accurately without using complicated feedback control based on position detection by managing the drive pulse period and cumulative number of accumulated stepping motors 46. Can be controlled.
  • the control drive unit 50 includes a temperature adjustment circuit 51, a motor drive control circuit 52, an operation / setting unit 53, a main control unit 54, and the like.
  • the temperature adjustment circuit 51 detects the temperature of the heat transfer block 20 with a temperature sensor 26 installed in the block 20, and the current flowing through the Peltier element is adjusted so that the temperature observed by this detection becomes a predetermined cooling temperature. To control.
  • the motor drive control circuit 52 manages (monitors) the period, number of pulses (number of rotation steps), and rotation direction of the rotation drive pulse of the stepping motor 46, while moving the movement speed and movement amount of the propulsion rod 42. Control the moving direction and moving position.
  • the operation / setting unit 53 is configured using an input device such as a keyboard, and includes a temperature control circuit 51. It is also responsible for setting input of each operation condition and operation procedure method (sequence) of the motor drive control circuit 52.
  • the main control unit 54 is configured using a micro-circuitized computer (a lazy microcomputer). Based on the various operation conditions and operation procedure methods set in the operation / setting unit 53, each unit (51, Control the operation of (52) by incorporating the time factor.
  • control drive unit 50 described above can, for example, cause the main control unit 54 to centrally process part or most of the functions of the temperature adjustment circuit 51 and the motor drive control circuit 52 in software. It is. On the contrary, the temperature control circuit 51 and the motor drive control circuit 52 may have some or all of the functions of the main control unit 54. Thus, the hardware configuration of the control drive unit 50 is not particularly limited.
  • FIG. 4 shows a main part of another embodiment of the device of the present invention.
  • the apparatus shown in FIG. 2 has two (a plurality of) heat transfer blocks 20A and 20B arranged in series in the moving direction of the sample container 10, and each transfer unit.
  • Two systems (multiple systems) of cooling units (cooling means) 25A and 25B for cooling the heat blocks 20A and 20B to a predetermined temperature or cooling at a predetermined cooling rate are provided.
  • Each of the heat transfer blocks 20A and 20B is provided with a through hole 21 coaxially through which the Sampnore container 10 is inserted and passed in a substantially fitted state.
  • An adiabatic gap is placed between the two heat transfer blocks 20A and 20B.
  • the heat transfer blocks 20A and 20B and the cooling units 25A and 25B are each insulated from the outside air temperature.
  • FIG. 5 shows a cross section of a Sampnore vessel 10 suitable for cooling using the apparatus of the present invention.
  • the Sampnore container 10 shown in the figure is basically the same standard as the previous one, and is configured using a thin, straw-shaped resin circular tube cut into a predetermined length.
  • the lower end (right end in the figure) of the container 10 is closed by a sealing plug portion 16 composed of a cotton-like plug member 14 and a powdery water retention agent 15.
  • the top of the container 10 (the left end in the figure)
  • an appropriate air layer 17 is provided, and the end portion is closed by crimping. In this way, the biological sample 100 is contained while both ends are blocked.
  • the end portion of the Sampnore container 10 is approximately divided into two in the circumferential direction, and one semicircular portion 12 is arcuately formed inside the other semicircular portion 13.
  • the ends of the container 10 that are not protruding from the outer diameter ⁇ 1 of the container 10 are crimped and closed by overlapping the arc-shaped overlapping parts with each other.
  • the sample container 10 can be smoothly passed through the through hole 21. Therefore, if the cooling heat of the heat transfer block is smoothly transferred into the Sampnore vessel 10 to prevent the variation in cooling, the effect of obtaining a more remarkable effect can be obtained.
  • an unprocessed sample container 10 is placed on a guide table 30. Since the guide table 30 has a guide groove 31, the Sampnore container 10 is guided into the guide groove 31 and held one by one.
  • the stepping motor 46 is rotated to advance the propulsion rod 42 all at once.
  • the sample container 10 is moved from the guide table 30 into the through hole 21 of the heat transfer block 20.
  • the heat transfer block 20 is adjusted to a predetermined temperature in advance.
  • the sample container 10 is cooled from the heat transfer block 20 in the process of passing through the through hole 21. It is cooled by heat transfer. This cooling process freezes the sampnole in the container 10 so that it can be stored frozen.
  • the sample container 10 that has been cooled is pushed out of the through hole 21 by the propulsion rod 42 and collected in the final freezing container 60.
  • the Sampnore container 10 can be cooled by a process including the following steps (1) to (3), for example.
  • steps (1) to (3) can be selected in any combination depending on the type of sumnolet, etc., and the conditions in each step (movement speed, residence time, cooling temperature, cooling rate, etc.) are also set. Each can be set arbitrarily.
  • the sample container 10 is cooled sequentially using two or more heat transfer blocks 20A, 20B having different temperature setting conditions. can do. As a result, more diverse and complicated cooling processes are possible, and more optimal cooling can be performed with high accuracy according to the type of the sampnore.
  • Fig. 6 is a graph showing the total motility rate (motility rate) and the most active motile sperm rate of semen (cow) frozen with a single heat transfer block 20 according to the cooling conditions during freezing. is there.
  • V the total motility rate and the most active sperm rate of the semen that was thawed after freezing were determined by the freezing method using the device of the present invention described above. Compared to, it has clearly obtained good results.
  • the sperm motility is determined by the temperature of the heat transfer block and the transfer of the sample container. Force that causes a significant difference depending on conditions such as dynamic speed and holding time in the heat transfer block (through hole) According to the above-described apparatus of the present invention, the optimum conditions can be set with high reproducibility and high accuracy. Is possible.
  • Fig. 7 shows the freezing of sperm motility (total motility rate and most active sperm rate) of semen (cow) frozen using a device with two heat transfer blocks 20A and 20B (Fig. 4). It is the graph shown according to the cooling condition at the time. As shown in the figure, also in this example, the sperm motility of the semen once cryopreserved and force-thawed is clearly greater when the freezing method using the apparatus of the present invention is compared with the freezing method of Conventional Example 1. Get good results.
  • sperm motility varies depending on conditions such as the temperature in each heat transfer block 20A, 20B, the moving speed of the sample container, and the holding time in the heat transfer block (through hole).
  • conditions such as the temperature in each heat transfer block 20A, 20B, the moving speed of the sample container, and the holding time in the heat transfer block (through hole).
  • it is possible to set various optimum conditions with high reproducibility.
  • the present invention has been described based on its representative examples.
  • the present invention can have various modes other than those described above.
  • the through hole 21 of the heat transfer block 20 can be variously changed according to the outer shape of the sample container 10. Further, the heat transfer block 20 can have various shapes other than the rectangular plate shape.
  • the arrangement of the through holes 21 is not limited to one row, and for example, two or more rows may be arranged. Or it may be a circle or other arrangement.
  • the direction of the through hole 21 may be a direction other than horizontal.
  • the cooling unit 25 using a Peltier element is optimal for the cooling means in terms of downsizing, simplicity, and controllability of the device, but also prevents the use of other cooling means (freezing means). Absent.
  • a plurality of heat transfer blocks may be provided.

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Abstract

【課題】精液等の生物サンプルを入れたサンプル容器を凍結保存のために冷却するに際し、複数のサンプル容器に適正かつ再現性のよい冷却条件を与えることができるとともに、サンプル容器間での冷却条件にばらつきが生じるのを防止し、凍結時の生物サンプルへの悪影響を小さく抑えた凍結保存を可能にする。 【解決手段】細管状サンプル容器１０に収容された生物サンプルを凍結するに際し、所定の温度および／または所定の冷却速度で冷却される伝熱ブロック２０に、そのブロック２０の一端から他端へ抜ける複数の独立した貫通孔２１を設け、各貫通孔２１にそれぞれ上記サンプル容器１０を１本ずつ嵌挿させて通過させる。

Description

明 細 書
生物サンプル凍結装置および凍結方法
技術分野
[0001] この発明は、生物サンプル凍結装置および凍結方法に関し、たとえば精液、胚など の細胞や組織を凍結保存のために冷却 ·凍結するのに適用して有効である。
背景技術
[0002] 精液、胚などの生物サンプルを凍結保存するためには、常温あるいは非凍結状態 にあるサンプルを凍結状態にまで冷却しなければならないが、その凍結状態に至る 冷却速度が適正でないとサンプノレに障害が生じる。即ち、冷却速度が速すぎると細 胞内の水分が残った状態で凍結され、細胞内凍結を起こし、細胞は致命的な障害を 受け、一方、冷却速度が遅すぎると、細胞外凍結による細胞内外の溶液の濃縮に起 因する細胞への障害 (溶液効果)を引き起こす。例えば、精液の凍結の場合に冷却 速度が適正でないと、凍結融解後の精子生存率および活性度が低下し、そして受胎 率が低下してしまう。従って、細胞内凍結と溶液効果の両障害を最小にする冷却速 度が最適冷却速度となる。
[0003] また、凍結保存のための適正な冷却プロセスは、サンプノレの種類等により異なる。
したがって、サンプルの種類等に応じた適正な冷却条件を実現できる生物サンプル の凍結手段が必要となる。
[0004] 従来、この種の凍結手段としては、液体窒素を収容したサンプル凍結容器の上方 に設けた通気性架台上にストローに封入した生物サンプルを載置し、この液体窒素 中に設置した電気ヒーターに流す電流を変えることによって、冷液体窒素ガス発生量 を変え、冷却速度を調整する方法 (従来例 1)や、サンプル凍結容器中への冷液体 窒素ガスの噴射量を変えることにより冷却速度を調節する方法がとられていた。この 方法は、気相を介してサンプルを冷却し凍結するため、各サンプノレの冷却速度が一 定でなぐまた、再現 ¾が劣るといった問題があった。
[0005] 一方、特許文献 1に開示されている生物サンプル凍結装置 (従来例 2)がある。この 従来例 2の凍結装置は、図 8に示すように、 3個の伝熱ブロック 80A, 80B, 80Cを用 いて構成されている。
[0006] 図 8に示す装置において、各伝熱ブロック 80A， 80B, 80Cにはそれぞれ、橇 84が 移動'通過するトンネル 81 A, 81B, 81Cが設けられている。橇 84は、生物サンプノレ を入れた複数の細管状サンプノレ容器 10'を搭載し、推進ロッド 82の先端に設けたピ ストン 83で押されることにより、上記トンネル 81A, 81B, 81C内を移動'通過させら れる。
[0007] これとともに、各伝熱ブロック 80A, 80B, 80Cにはそれぞれ、凍結装置 85とヒータ 一 86が設けられていて、ブロックの一端側が加温される一方、その他端側が冷却さ れるようになっている。橇 84に搭載された複数のサンブル容器 10'は、各伝熱ブロッ ク 80A, 80B, 80Cの加温側から冷却側へ移動することにより順次冷却される。
[0008] また、各伝熱ブロック 80A, 80B, 80Cの間にはビデオカメラ 87が配置されていて、 サンプルの冷却状態をモニターするようになっている。これにより、各サンプノレ容器 1 0'内のサンプノレが凍結保存可能な状態に凍結される。このような冷却プロセスを経 たサンプル容器 10'は、液体窒素ガスで冷却されている最終凍結容器 60に格納さ れる。
特許文献 1 :特公平 8— 4601
特許文献 2 :米国特許 5, 873, 254
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] し力しながら、上述した従来例 2の技術には次のような問題がある。
[0010] すなわち、上述した装置では、橇 84に搭載された複数のサンプル容器 10'を伝熱 ブロック 80A, 80B, 80Cのトンネル 81A, 81B, 81C内で冷却処理する。そのトンネ ル 81A, 81B, 81C内には少なくとも橇 84を支障無く通せるだけの空間が形成され ている。伝熱ブロック 80A， 80B, 80Cからの冷熱（冷却負熱）は、そのトンネル 81A ， 81B, 81C内の空間すなわち空気を介して橇 84上のサンプル容器 10'に伝えられ る。つまり、サンプル容器 10'は、トンネル 81A， 81B, 81C内の空気層を介して間接 的に冷却される。
[0011] 上記橇 84を支障無く通せるだけの空間が形成されたトンネル 81A， 81B, 81C内 では、少なくともサンプル容器 10 'の外径よりも大幅に大きな隙間空間が、そのサン プル容器 10'とトンネル 81 A, 81B, 81C内面との間に生じる。すなわち、サンプノレ 容器 10'と伝熱ブロック 80A， 80B, 80Cとの間に、円滑かつ安定な伝熱を妨げる厚 い空気層が介在する。
[0012] このため、伝熱ブロック 80A， 80B, 80Cの温度を高精度に調整しても、サンプル 容器 10'の冷却は、その伝熱ブロック 80A, 80B, 80Cの温度と異なる温度条件で 行われる可能性が高レ、。しかも、その冷却温度条件は橇 84上での搭載位置により異 なる可能性が高い。つまり、冷却条件に大きなばらつきを生じる。
[0013] このため、上述した装置では、伝熱ブロック 80A, 80B, 80C間にビデオカメラ 87を 配置し、橇 84に搭載されたサンプノレ容器 10 'の実際の冷却状態を撮像してモニター するようにしている。しかし、橇 84上のサンプル容器 10'の冷却状態をビデオカメラで モニターしても、サンプル容器 10'の冷却状態は、上記トンネノレ 81A, 81B, 81C内 の空気層を介して行うため、伝熱ブロックロック 80A, 80B, 80Cの温度を操作しても 、それが各サンプル容器 10'の冷却温度条件には必ずしも的確に反映されない。ま た、トンネル 81A, 81B, 81C内の空気層が介在する伝熱条件は不安定であるため 、冷却条件の再現性も悪い。
[0014] さらに、橇 84も、サンプル容器 10 'と伝熱ブロック 80A, 80B, 80Cの間に熱的に 介在して、そのサンプル容器 10 'と伝熱ブロック 80A, 80B, 80C間での伝熱を不安 定にする阻害要因になっている。
[0015] このように、上述した技術では、伝熱ブロック 80A, 80B, 80Cの温度による冷却条 件の設定を正確に行うことが難しぐまた、各サンプノレ容器 10'に与えられる冷却条 件の再現性が悪ぐさらに、サンプル容器 10'間で冷却条件にばらつきが生じやすい 、という問題があった。
[0016] 本発明は以上のような背景および問題を鑑みてなされたもので、その目的は、生物 サンプルを入れたサンプル容器を凍結保存のために冷却するに際し、複数のサンプ ル容器に適正かつ再現性のよい冷却条件を与えることができるとともに、サンプル容 器間での冷却条件にばらつきが生じるのを防止するのに有効な手段を提供し、これ により、サンプルへの悪影響を小さく抑えた凍結保存を可能にすることにある。 課題を解決するための手段
[0017] 本発明は上記課題を解決する装置として、次の手段を提供する。
[0018] (1)細管状サンプル容器に収容された生物サンプルを凍結する生物サンプル凍結 装置であって、所定の温度および/または所定の冷却速度で冷却される伝熱ブロッ クを有し、この伝熱ブロックはその一端力 他端へ抜ける複数の独立した貫通孔を有 し、各貫通孔はそれぞれ上記サンプル容器を 1本ずつ嵌挿させて通過させるように 形成されてレ、る一方、各貫通孔に上記サンプル容器を通過させる移動駆動手段を 備えたことを特徴とする生物サンプル凍結装置。
[0019] 上記手段（1)においては、次のような手段が実施形態として、とくに好適または望ま しい。
[0020] (2)上記手段（1)において、上記複数の貫通孔はそれぞれ、その貫通孔の内面と上 記サンプル容器との間に形成される隙間が、少なくともそのサンプル容器の外径より も小さくなるような内径で形成されていることを特徴とする生物サンプル凍結装置。
[0021] (3)上記手段（1)または（2)において、上記複数の貫通孔はそれぞれ、その貫通孔 の内面と上記サンプノレ容器との間に形成される隙間が、上記サンプル容器の外径の 5%以下または 0. 1mm以下であることを特徴とする生物サンプノレ凍結装置。
[0022] (4)上記手段（1)〜（3)のいずれかにおレ、て、上記複数の貫通孔は上記伝熱ブロッ ク内に互いに所定の間隔を置いて平行に配設されていることを特徴とする生物サン プル凍結装置。
[0023] (5)上記手段（1)〜（4)のいずれかにおいて、上記伝熱ブロックの一端側に、上記サ ンプル容器を上記複数の貫通孔の延長軸上に 1本ずつ位置決めしながら上記貫通 孔内へ移動案内するガイドテーブルを設けたことを特徴とする生物サンプノレ凍結装 置。
[0024] (6)上記手段（1)〜（5)のいずれかにおいて、上記移動駆動手段は、各サンプル容 器をそれぞれに上記貫通孔の軸方向に推進して移動させる複数の推進ロッドと、こ の複数の推進ロッドを上記貫通孔の軸方向に所定速度で移動させる推進駆動手段 とを備えてレ、ることを特徴とする生物サンプノレ凍結装置。
[0025] (7)上記手段（6)において、上記推進駆動手段は、ステッピングモータまたはサーボ モータを駆動源とするとともに、このステッピングモータまたはサーボモータの駆動パ ルスの周期および数を管理することにより、上記推進ロッドの移動速度および移動量 を制御する制御手段を備えたことを特徴とする生物サンプル凍結装置。
[0026] (8)上記手段（1)〜（7)のいずれかにおレ、て、上記伝熱ブロックの冷却手段としてべ ルチヱ素子を用いたことを特徴とする生物サンプノレ凍結装置。
[0027] (9)上記手段（1)〜（8)のいずれかにおいて、上記伝熱ブロックを上記サンプル容 器の移動方向に複数直列に設置するとともに、各伝熱ブロックをそれぞれに所定の 温度に冷却または所定の冷却速度で冷却する複数系統の冷却手段を設けたことを 特徴とする生物サンプル凍結装置。
[0028] また、本発明は上記課題を解決する方法として、次の手段を提供する。
[0029] (10)細管状サンプル容器に収容された生物サンプノレを凍結する生物サンプル凍結 方法であって、上記（1)〜（9)のいずれかに記載の生物サンプノレ凍結装置を用いて 上記サンプル容器を冷却することを特徴とする生物サンプノレ凍結方法。
[0030] (11)上記手段（10)において、上記サンプル容器を、所定温度に冷却された伝熱ブ ロックの貫通孔に所定速度で通過させる工程を含むことを特徴とする生物サンプノレ 凍結方法。
[0031] (12)上記手段（10)または（11)において、上記サンプノレ容器を、所定温度に冷却さ れた伝熱ブロックの貫通孔内に所定時間滞在させる工程を含むことを特徴とする生 物サンプル凍結方法。
[0032] (13)上記手段（10)〜（： 12)のいずれかにおいて、上記サンプル容器を、所定の冷 却速度で冷却されている伝熱ブロックの貫通孔内に所定時間滞在させる工程を含む ことを特徴とする生物サンプル凍結方法。
[0033] (14)上記手段（10)〜（： 13)のいずれかにおいて、上記サンプル容器を、温度設定 条件の異なる 2個またはそれ以上の伝熱ブロックを順次用いて冷却することを特徴と する生物サンプル凍結方法。
発明の効果
[0034] 精液等の生物サンプノレを入れたサンプル容器を凍結保存のために冷却するに際 し、複数のサンプノレ容器に適正かつ再現性のょレ、冷却条件を与えることができるとと もに、サンプノレ容器間での冷却条件にばらつきが生じるのを防止することかできる。 これにより、凍結に際しての細胞障害 (凍害）による悪影響を小さく抑えた生物サンプ ルの凍結保存が可能になる。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]本発明の技術が適用された生物サンプル凍結装置の概要を示す側面図（a)お よび上面図（a)である。
[図 2]図 1に示した装置の伝熱ブロックとガイドテーブルの部分を示す斜視図である。
[図 3]伝熱ブロックの側断面（a)と横断面および一部拡大断面 (b)を示す図である。
[図 4]本発明による生物サンプノレ凍結装置の別の実施形態を示す要部断面図である
[図 5]本発明の装置を用いて冷却処理するのに適したサンプノレ容器の断面を示す図 である。
[図 6]本発明よる生物サンプル凍結方法の第 1実施例により凍結されたサンプノレつい て、その融解後の状態を従来例 1と比較して示すグラフである。
[図 7]本発明よる生物サンプル凍結方法の第 2実施例により凍結されたサンプノレにつ いて、その融解後の状態を従来例 1と比較して示すグラフである。
[図 8]従来の生物サンプル凍結装置の概要を示す断面図である。
符号の説明
[0036] 10 サンプル容器、 10' サンプル容器、 12 —方の半円周部分、
13 他方の半円周部分、 14 綿状栓部材、 15 粉状保水剤、
16 封止栓部、 17 空気層、 20, 20A, 20B 伝熱ブロック、
21 貫通孔、 25, 25A, 25B 冷却ユニット（冷却手段）、
26 温度センサ、 30 ガイドテーブル、 31 案内溝、 41 基台、
40 移動駆動手段、 42 推進ロッド、 43 ロッドガイド、
44 可動部材、 45 直動ガイド（リニアガイド）、
46 ステッピングモータ、 47 ボールネジ、 50 制御駆動部、
51 温度調節回路、 52 モータ駆動制御回路、 53 操作/設定部、
54 主制御部、 60 最終凍結容器、 8 OA, 80B， 80C 伝熱ブロック、
81A, 81B, 81C トンネノレ、
82 推進ロッド、 83 ピストン、 84 橇、 85 凍結装置、
86 ヒーター、 87 ビデオカメラ、 100 生物サンプル、
Φ 1 サンプル容器の外径、 Φ 2 貫通孔の内径
発明を実施するための最良の形態
[0037] 図 1〜図 3は本発明の技術が適用された生物サンプノレ凍結装置の一実施形態を示 す。図 1はその装置全体の概要を側面図（a)および上面図（a)で示す。図 2は、図 1 に示した装置の伝熱ブロックとガイドテーブルの部分を斜視図で示す。図 3は、伝熱 ブロックの側断面（a)と横断面および一部拡大断面 (b)を示す。
[0038] 同図に示す生物サンプル凍結装置は、たとえば精液、胚などの細胞や組織を凍結 保存のために冷却するのに使用されるものであって、その主要部は、図 1に示すよう に、伝熱ブロック 20、ガイドテーブル 30、移動駆動手段 40、および制御駆動部 50に より構成されてレ、る。生物サンプノレは細管状サンプル容器 (ストローとも呼ばれてレ、る ) 10に収容されて凍結保存のための冷却処理にかけられる。
[0039] 伝熱ブロック 20は、図 1〜図 3に示すように、矩形板状の固体ブロックであって、冷 却ユニット（冷却手段） 25により所定の温度および Zまたは所定の冷却速度で冷却さ れるようになっている。この伝熱ブロック 20の材質としては、高熱伝導性の金属または セラミックスが使用される。金属材質としては、たとえばアルミニウムまたはアルミユウ ム合金、銅または真鍮等の銅合金などが適している。セラミックスとしては、たとえば 窒化アルミニウムなどが好適である。
[0040] 上記伝熱ブロック 20には、その一端から他端へ抜ける複数の独立した貫通孔 21が 設けられている。この複数の貫通孔 21は伝熱ブロック 20内に互いに所定の間隔を置 レ、て平行に配設されている。各貫通孔 21はそれぞれ上記サンプノレ容器 10を 1本ず つ嵌挿させて通過させるのに最小限必要な内径（ Φ 2)に形成されている。
[0041] 上記貫通孔 21は、図 3の（b)に示すように、上記サンプル容器 10の外径 φ 1よりも わずかに大きな内径 Φ 2を持つように形成されている。これにより、サンプノレ容器 10 は、貫通孔 21との間に無駄な隙間を形成することなぐその貫通孔 21内にほぼ嵌合 状態で隙間無く密に嵌揷されて移動通過するようになっている。
[0042] 貫通孔 21については、その貫通孔 21の内面と上記サンプル容器 10との間に形成 される隙間が、少なくともそのサンプル容器の外径 φ 1よりも小さくなるような内径 φ 2 で形成されていれば、前述した従来例 2の問題は解決することができる。
[0043] すなわち、前述した従来例 2の技術では、サンプノレ容器と伝熱ブロックの間に、そ のサンプノレ容器の外径よりも大幅に大きな隙間空間が形成されて、この大きな隙間 空間の空気層が、サンプル容器を適正かつ再現性よく冷却するのを妨げる阻害要因 となっていたが、本発明では、上記隙間空間を少なくともサンプノレ容器 10の外径 φ 1 よりも小さくして適正かつ再現性のよい冷却処理を行わせることができる。
[0044] また、本発明では、たとえば図 3の（b)に示すように、上記隙間空間をさらに大幅に 狭めることができる。これにより、複数のサンプル容器 10の冷却処理をさらに適切に 行うことができる。具体的には、上記貫通孔 21の内面と上記サンプル容器 10との間 に形成される隙間が、上記サンプノレ容器の外径 Φ 1の 5%以下または 0. 1mm以下 となるようにするとよい。
[0045] たとえば、サンプル容器の外径 φ 1が 3mmの場合は、上記外径 φ 2と内径 φ 1の差
( φ 2- φ 1)を 0· 15mm ( φ 1の 5%)以下とすることにより、伝熱ブロック 20とサンプ ル容器 10との間に安定かつ良好な伝熱状態を確保して、適正かつ再現性のよい冷 却処理を行わせることができる。
[0046] また、サンプル容器の外径 φ 1が 2mmの場合は、上記外径 φ 2と上記内径 φ ΐの 差（φ 2_ φ 1)を 0. 1mm以下にすれば、伝熱ブロック 20とサンプル容器 10との間 に安定かつ良好な伝熱状態を確保することができる。
[0047] つまり、上記外径 φ 2と上記内径 φ 1の差（φ 2- φ 1)は、サンプル容器 10の外径 φ 1が大きい場合は、その外径 φ 1に対する割合（5%以下）で規定するとよい。また 、サンプル容器 10の外径 φ 1が小さい場合は、絶対寸法（0. 1mm以下）で規定する とよレ、。
[0048] 上記貫通孔 21を有する伝熱ブロック 20は、単一のブロック材を用いて最初から一 体的に構成してもよいが、複数の分割ブロックを組み合わせて構成する、いわゆる分 割構成も可能である。分割構成にする場合は、上記貫通孔 21も一緒に分割形成す ることができる。たとえば、 2分割構成の場合は、 2個の分割ブロックにそれぞれ形成 した溝を合わせて上記貫通孔 21を形成することができる。
[0049] 冷却ユニット 25はペルチェ素子を用いて構成され、その冷却側（吸熱側）面が上記 伝熱ブロック 20の下面全体に密着状態で接触している。ペルチェ素子は複数段が 直列にスタックされることにより、上記冷却処理を必要な冷却温度（低温）に冷却する こと力 Sできる。
[0050] この冷却ユニット 25により、伝熱ブロック 20を所定の冷却温度に冷却したり、あるい は所定の冷却速度で冷却することができる。なお、図示を省略するが、上記伝熱プロ ック 20および冷却ユニット 25の冷却側は、発泡樹脂等を用いた断熱材により外気温 力 断熱されている。
[0051] ガイドテーブル 30は、図 2に示すように、上記伝熱ブロック 20の一端側に設置され る。このガイドテーブル 30の上面には複数（多数）の案内溝 31が平行に形成されて いる。各案内溝 31はそれぞれ、上記貫通孔 21の延長軸上に 1対 1で対応して設けら れ、上記サンプノレ容器 10を 1本ずつ位置決めしながら保持して上記貫通孔 21内へ 移動案内するように形成されてレ、る。
[0052] ガイドテーブル 30と伝熱ブロック 20の間には若干の断熱隙間が置かれているが、 細管状のサンプノレ容器 10はその断熱隙間を跨いで伝熱ブロック 20の貫通孔 21内 に移動案内されるようになっている。
[0053] 移動駆動手段 40は、複数の推進ロッド 42、ロッドガイド 43、可動部材 44、直動ガイ ド（リニアガイド） 45、ステッピングモータ 46、ボールネジ 47などを用いて構成されて いる。この移動駆動手段 40は、上記伝熱ブロック 20、ガイドテーブル 30などとともに 、共通の基台 41上に設置されている。
[0054] 推進ロッド 42は上記貫通孔 21の延長軸上に 1本ずつ互いに平行に位置決めされ ながら配置され、ガイドテーブル 30の案内溝 31に位置決め状態で保持されている各 サンプル容器 10をそれぞれに上記貫通孔 21の軸方向に推進して移動させるように 構成されている。
[0055] ロッドガイド 43は上記ガイドテーブル 30の手前に設置されている。このロッドガイド 4 3は、各推進ロッド 42の先端をそれぞれ上記貫通孔 21の中心軸に正確に合致させ ながら上記貫通孔 21内に円滑に進入させるように、そのロッド 42の位置決めおよび 移動案内を行う。このため、図示を省略するが、ロッドガイド 43は、推進ロッド 42を 1 本ずっ嵌揷させて摺動案内するガイド孔（あるいはガイド溝）を有する。
[0056] 上記推進ロッド 42の基端側は可動部材 44に保持 ·固定されている。可動部材 44 は、直動ガイド 45に案内されて上記貫通孔 21の延長軸と平行に往復移動するように 設けられている。この可動部材 44は、ステッピングモータ 46で回転駆動されるボール ネジ 47により、上記直動ガイド 45に案内されながら移動駆動されるようになっている
[0057] 上記可動部材 44の移動により各推進ロッド 42が一斉に前進させられてガイドテー ブル 30上のサンプル容器 10を伝熱ブロック 20内の貫通孔 21内へ移動させる。この 推進ロッド 42の前進により、サンプノレ容器 10は貫通孔 21内を通過し、最終的に最終 凍結容器 60内の通気性架台上へ押し出される。最終凍結容器 60では、前記通気 性架台の下に液体窒素が所定量充填されており、その中に浸漬された電気ヒーター に流す電流を調節して最終凍結容器内が所定の温度、例えば 100°C 196°C に保持されるようになってレ、る。
[0058] ステッピングモータ 46とボールネジ 47は、上記複数の推進ロッド 42を上記貫通孔 2 1の軸方向に所定速度で移動させる推進駆動手段を構成する。上記推進ロッド 42の 移動速度および移動量は、そのステッピングモータ 46の駆動パルス周期および累積 ノ^レス数を管理することにより、位置検出に基づく複雑なフィードバック制御を使わず とも、簡単かつ高精度に制御することができる。
[0059] 制御駆動部 50は、温度調節回路 51、モータ駆動制御回路 52、操作/設定部 53 、および主制御部 54などにより構成される。温度調節回路 51は、伝熱ブロック 20の 温度をそのブロック 20内に設置した温度センサ 26で検出し、この検出により観測さ れる温度が所定の冷却温度となるように、ペルチェ素子の通電電流等を制御する。
[0060] モータ駆動制御回路 52は、上記ステッピングモータ 46の回転駆動パルスの周期、 ノ ルス数（回転ステップ数）、回転方向を管理 (モニター）しながら、上記推進ロッド 42 の移動速度、移動量、移動方向、移動位置を制御する。
[0061] 操作/設定部 53はキーボード等の入力装置を用いて構成され、温度調節回路 51 およびモータ駆動制御回路 52の各動作条件および動作手順方法 (シーケンス）など の設定入力を担う。主制御部 54はマイクロ回路化されたコンピュータ（レヽわゆるマイコ ン)を用いて構成され、上記操作/設定部 53にて設定された各種動作条件および 動作手順方法等に基づき、各部（51， 52)の動作を時間要素も取り込んで制御する
[0062] なお、上述した制御駆動部 50は、たとえば、温度調節回路 51、モータ駆動制御回 路 52の機能の一部または大部分を主制御部 54にてソフトウェア的に集中処理させる ことも可能である。反対に、温度調節回路 51、モータ駆動制御回路 52に主制御部 5 4の機能の一部または全部を持たせるようにしてもよい。このように、制御駆動部 50の ハードウェア的な構成については特に限定されない。
[0063] 図 4は本発明装置の、別の実施形態の要部を示す。上述した実施形態との相違に 着目して説明すると、同図に示す装置は、 2個（複数）の伝熱ブロック 20A， 20Bをサ ンプノレ容器 10の移動方向に直列に設置するとともに、各伝熱ブロック 20A, 20Bを それぞれに所定の温度に冷却または所定の冷却速度で冷却する 2系統 (複数系統） の冷却ユニット（冷却手段） 25A, 25Bを設けてある。
[0064] 各伝熱ブロック 20A, 20Bにはそれぞれ、サンプノレ容器 10をほぼ嵌合状態で挿通 および通過させる貫通孔 21が同軸上に設けられている。 2個の伝熱ブロック 20A, 2 0B間には断熱間隙が置かれている。また、図示を省略するが、各伝熱ブロック 20A ， 20Bおよび冷却ユニット 25A， 25Bはそれぞれに外気温から断熱処理されている。
[0065] この実施形態では、 2個（複数）の伝熱ブロック 20A， 20Bの温度条件を独立に設 定することにより、伝熱ブロックが 1つだけの場合よりも、非常に多様かつ複雑な冷却 プロセスが可能になる。これにより、生物サンプノレの種類等に応じた最適な冷却プロ セスを、より精密に設定することができる。
[0066] 図 5は、本発明の装置を用いて冷却処理するのに適したサンプノレ容器 10の断面を 示す。同図に示すサンプノレ容器 10は、基本的には従前のものと同規格であって、細 レ、ストロー状の樹脂製円管を所定長さに裁断したものを用いて構成されている。その 容器 10の下端 (図の右端）は、綿状栓部材 14と粉状保水剤 15からなる封止栓部 16 により閉塞されている。また、その容器 10の上端（図の左端）は、凍結時にサンプノレ 容器が破損するのを防止するために適度の空気層 17を設け、末端部は圧着加工に より閉塞されている。このようにして両端が閉塞された中に生物サンプル 100が封じ 込められている。
[0067] この場合、従来の圧着加工は、容器 10の一端部を扁平に押し潰して行っていたた め、その圧着加工部分が容器 10の外径 1)よりも外へはみ出していた。このはみ 出し部分は、サンプル容器 10を上記貫通孔 21内に通す際の障害となりやすい。サ ンプノレ容器 10と貫通孔 21間の隙間 ( φ 2 _ φ 1 '.図 3参照）はできるだけ小さくするこ とが望ましいが、そのサンプノレ容器 10にはみ出し部分があると、その隙間を小さくす ること力 Sできなレ、。隙間が大きくなると、その隙間に介在する空気層が厚くなるため、 伝熱ブロックの冷熱がサンプノレ容器 10内に円滑あるいは均等に移行できず、冷却に ばらつきが生じやすくなる。
[0068] そこで、図 5に示した実施形態では、サンプノレ容器 10の端部を円周方向で略 2分し 、一方の半円周部分 12を他方の半円周部分 13の内側に円弧状に重ね合わせ、こ の円弧状の重なり部分を相互に圧着することにより、容器 10外径 φ 1からのはみ出し 部分を生じることなぐその容器 10の端部を圧着閉塞させている。
[0069] これにより、サンプル容器 10と貫通孔 21間の隙間（φ 2— φ 1 )を小さくしても、その サンプル容器 10を貫通孔 21内に円滑に通すことができるようになる。したがって、伝 熱ブロックの冷熱をサンプノレ容器 10内に円滑に移行させて、冷却にばらつきが生じ るのを防ぐとレ、う効果を、より顕著に得ること力 Sできる。
[0070] 次に、上述した生物サンプル凍結装置の動作および使用方法を説明する。
[0071] 上述した装置では、図 1および図 2に示すように、未処理のサンプル容器 10をガイ ドテーブル 30上に載置する。ガイドテーブル 30には案内溝 31があるので、サンプノレ 容器 10はその案内溝 31に導かれて 1本ずつ位置決め状態で保持される。
[0072] サンプル容器 10がセットされたならば、ステッピングモータ 46を回転させて推進ロッ ド 42を一斉に前進させる。これにより、サンプル容器 10がガイドテーブル 30から伝熱 ブロック 20の貫通孔 21内に移動させられる。このとき、伝熱ブロック 20はあらかじめ 所定温度に調整されているものとする。
[0073] サンプル容器 10は上記貫通孔 21を通過する過程にて、伝熱ブロック 20からの冷 熱伝達により冷却処理される。この冷却処理により容器 10内のサンプノレが凍結保存 可能な状態に凍結される。冷却処理が完了したサンプル容器 10は、推進ロッド 42に より貫通孔 21から押し出され、最終凍結容器 60内に回収される。
[0074] 上記動作において、サンプノレ容器 10は、たとえば次のような工程（1)〜（3)を含む プロセスにより冷却処理することができる。
(1)サンプル容器 10を、所定温度に冷却された伝熱ブロック 20の貫通孔 21に所 定速度で通過させる工程。
(2)サンプル容器 10を、所定温度に冷却された伝熱ブロック 20の貫通孔 21内に 所定時間滞在させる工程。
(3)サンプル容器 10を、所定の冷却速度で冷却されている伝熱ブロック 20の貫通 孔 21内に所定時間滞在させる工程。
[0075] 上記工程（1)〜（3)はサンプノレの種類等により任意の組み合わせで選択すること ができ、また、各工程における諸条件 (移動速度、滞在時間、冷却温度、冷却速度等 )もそれぞれ任意に設定することができる。
[0076] さらに、複数の伝熱ブロック 20A, 20B (図 4)を有する装置においては、サンプル 容器 10を、温度設定条件の異なる 2個またはそれ以上の伝熱ブロック 20A, 20Bを 順次用いて冷却することができる。これにより、さらに多様かつ複雑な冷却プロセスが 可能になり、サンプノレの種類等に応じて、より最適な冷却を高精度に行わせることが できる。
[0077] 各貫通孔内での冷却条件をさらに一定に揃えるためには、複数の貫通孔 21が、伝 熱ブロック 20内に互いに所定の間隔を置いて平行に配設されていることが望ましい。 実施例 1
[0078] 図 6は、伝熱ブロック 20が 1つの装置を用いて凍結した精液（牛）の運動総精子率（ 運動率）と最活発運動精子率を凍結時の冷却条件別に示したグラフである。同図に 示すように、 V、つたん凍結保存してから融解した精液の運動総精子率および最活発 運動精子率は、上述した本発明装置を用いた凍結方法が、従来例 1の凍結方法に 比べて、あきらかに好成績を得ている。
[0079] また、同図に示すように、精子運動性は、伝熱ブロックの温度、サンプル容器の移 動速度、伝熱ブロック (貫通孔）内での保持時間などの条件により有意の差が生じる 力 上述した本発明の装置によれば、最適な条件を再現性良く高精度に設定するこ とが可能である。
実施例 2
[0080] 図 7は、 2個の伝熱ブロック 20A, 20Bを有する装置（図 4)を用いて凍結した精液（ 牛)の精子運動性 (運動総精子率と最活発運動精子率)を凍結時の冷却条件別に示 したグラフである。同図に示すように、この実施例においても、いったん凍結保存して 力 融解した精液の精子運動性は、本発明装置を用いた凍結方法が従来例 1の凍 結方法に比べて、あきらかに好成績を得てレ、る。
[0081] また、同図に示すように、精子運動性は、各伝熱ブロック 20A, 20Bにおける温度、 サンプル容器の移動速度、伝熱ブロック（貫通孔）内での保持時間などの条件により 異なってくるが、本発明の装置によれば、最適な条件を再現性良く多様に設定するこ とがでさる。
[0082] 以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明した力 本発明は上述した以 外にも種々の態様が可能である。
たとえば、伝熱ブロック 20の貫通孔 21は、サンプル容器 10の外形状に応じて種々 変更可能である。また、伝熱ブロック 20は、矩形板状以外の種々の形状態様が可能 である。貫通孔 21の配置は 1列に限らず、たとえば 2列以上並べてもよレ、。あるいは、 円陣その他の配列でもよい。また、貫通孔 21の方向は水平以外の方向であってもよ レ、。
[0083] 冷却手段は、ペルチェ素子を用いた冷却ユニット 25が、装置の小型化および簡単 ィ匕、制御性などの点で最適であるが、これ以外の冷却手段 (凍結手段）の使用も妨げ ない。また、伝熱ブロックは 3個以上の複数個を設けてもよい。
産業上の利用可能性
[0084] 精液等の生物サンプノレを入れたサンプル容器を凍結保存のために冷却するに際 し、複数のサンプノレ容器に適正かつ再現性のょレ、冷却条件を与えることができるとと もに、サンプノレ容器間での冷却条件にばらつきが生じるのを防止することかできる。 これにより、凍結に際しての細胞障害による悪影響を小さく抑えた再現性が優れた生 物サンプルの凍結保存が可能になる。

Claims

請求の範囲
[1] 細管状サンプル容器に収容された生物サンプルを凍結する生物サンプル凍結装 置であって、所定の温度および/または所定の冷却速度で冷却される伝熱ブロック を有し、この伝熱ブロックはその一端から他端へ抜ける複数の独立した貫通孔を有し 、各貫通孔はそれぞれ上記サンプル容器を 1本ずつ嵌挿させて通過させるように形 成されてレ、る一方、各貫通孔に上記サンプル容器を通過させる移動駆動手段を備え たことを特徴とする生物サンプル凍結装置。
[2] 請求項 1において、上記複数の貫通孔はそれぞれ、その貫通孔の内面と上記サン プル容器との間に形成される隙間が、少なくともそのサンプル容器の外径よりも小さく なるような内径で形成されていることを特徴とする生物サンプノレ凍結装置。
[3] 請求項 1または 2において、上記複数の貫通孔はそれぞれ、その貫通孔の内面と 上記サンプル容器との間に形成される隙間が、上記サンプル容器の外径の 5%以下 または 0. 1mm以下であることを特徴とする生物サンプノレ凍結装置。
[4] 請求項 1〜3のいずれかにおいて、上記複数の貫通孔は上記伝熱ブロック内に互 いに所定の間隔を置いて平行に配設されていることを特徴とする生物サンプル凍結 装置。
[5] 請求項 1〜4のいずれかにおいて、上記伝熱ブロックの一端側に、上記サンプル容 器を上記複数の貫通孔の延長軸上に 1本ずつ位置決めしながら上記貫通孔内へ移 動案内するガイドテーブルを設けたことを特徴とする生物サンプノレ凍結装置。
[6] 請求項 1〜5のいずれかにおいて、上記移動駆動手段は、各サンプル容器をそれ ぞれに上記貫通孔の軸方向に推進して移動させる複数の推進ロッドと、この複数の 推進ロッドを上記貫通孔の軸方向に所定速度で移動させる推進駆動手段とを備えて レ、ることを特徴とする生物サンプル凍結装置。
[7] 請求項 6において、上記推進駆動手段は、ステッピングモータまたはサーボモータ を駆動源とするとともに、このステッピングモータまたはサーボモータの駆動パルスの 周期および数を管理することにより、上記推進ロッドの移動速度および移動量を制御 する制御手段を備えたことを特徴とする生物サンプル凍結装置。
[8] 請求項 1〜7のいずれかにおいて、上記伝熱ブロックの冷却手段としてペルチェ素 子を用いたことを特徴とする生物サンプル凍結装置。
[9] 請求項 1〜8のいずれかにおいて、上記伝熱ブロックを上記サンプノレ容器の移動方 向に複数直列に設置するとともに、各伝熱ブロックをそれぞれに所定の温度に冷却 または所定の冷却速度で冷却する複数系統の冷却手段を設けたことを特徴とする生 物サンプル凍結装置。
[10] 細管状サンプル容器に収容された生物サンプルを凍結する生物サンプル凍結方 法であって、請求項 1〜9のいずれかに記載の生物サンプノレ凍結装置を用いて上記 サンプル容器を冷却することを特徴とする生物サンプノレ凍結方法。
[11] 請求項 10において、上記サンプノレ容器を、所定温度に冷却された伝熱ブロックの 貫通孔に所定速度で通過させる工程を含むことを特徴とする生物サンプル凍結方法
[12] 請求項 10または 11において、上記サンプノレ容器を、所定温度に冷却された伝熱 ブロックの貫通孔内に所定時間滞在させる工程を含むことを特徴とする生物サンプ ル凍結方法。
[13] 請求項 10〜： 12のいずれかにおいて、上記サンプル容器を、所定の冷却速度で冷 却されている伝熱ブロックの貫通孔内に所定時間滞在させる工程を含むことを特徴と する生物サンプル凍結方法。
[14] 請求項 10〜： 13のいずれかにおいて、上記サンプル容器を、温度設定条件の異な る 2個またはそれ以上の伝熱ブロックを順次用いて冷却することを特徴とする生物サ ンプル凍結方法。
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