(57)【要約】【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。【選択図】  図１
2006042714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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いる一方、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。
【請求項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ル凍結装置。
【請求項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ル凍結装置。
【請求項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。
【請求項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ル凍結装置。
【請求項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いることを特徴とする生物サンプル凍結装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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ル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ル凍結方法。
【請求項１１】
請求項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ル凍結方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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ルに障害が生じる。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、サンプル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、各サンプルの冷却速度が一定でなく、また、再現性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８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃが設けられている。橇８４は、生物サンプルを入れた複数の細管状サンプル容器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とヒーター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、各サンプル容器１０’内のサンプル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】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来例２の技術には次のような問題がある。  
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。
【００１０】
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８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ内面との間に生じる。すなわち、サンプル容器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。
【００１１】
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い。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。
【００１２】
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ル容器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、上記トンネル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。
【００１３】
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。
【００１４】
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く、また、各サンプル容器１０’に与えられる冷却条件の再現性が悪く、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。
【００１５】
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】
【００１６】
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。  
（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いる一方、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。
【００１７】
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。  
（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。
【００１８】
（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ル凍結装置。
【００１９】
（４）上記手段（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。
【００２０】
（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ル凍結装置。
【００２１】
（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いることを特徴とする生物サンプル凍結装置。
【００２２】
（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。
【００２３】
（８）上記手段（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。  
（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、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の生物サンプル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ル凍結方法。
【００２６】
（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ル凍結方法。
【００２７】
（１２）上記手段（１０）または（１１）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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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】
【００３０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１〜図３は本発明の技術が適用された生物サンプル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。
【００３２】
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により構成されている。生物サンプルは細管状サンプル容器（ストローとも呼ばれている）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。
【００３３】
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／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ニウム合金、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。
【００３４】
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い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ル容器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（φ２）に形成されている。
【００３５】
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φ１よりもわずかに大きな内径φ２を持つように形成されている。これにより、サンプル容器１０は、貫通孔２１との間に無駄な隙間を形成することなく、その貫通孔２１内にほぼ嵌合状態で隙間無く密に嵌挿されて移動通過するようになっている。
【００３６】
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φ１よりも小さくなるような内径φ２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。
【００３７】
すなわち、前述した従来例２の技術では、サンプル容器と伝熱ブロックの間に、そのサンプル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ル容器１０の外径φ１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。
【００３８】
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、上記サンプル容器の外径φ１の５％以下または０．１ｍｍ以下となるようにするとよい。
【００３９】
たとえば、サンプル容器の外径φ１が３ｍｍの場合は、上記外径φ２と内径φ１の差（φ２−φ１）を０．１５ｍｍ（φ１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。
【００４０】
また、サンプル容器の外径φ１が２ｍｍの場合は、上記外径φ２と上記内径φ１の差（φ２−φ１）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。
【００４１】
つまり、上記外径φ２と上記内径φ１の差（φ２−φ１）は、サンプル容器１０の外径φ１が大きい場合は、その外径φ１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φ１が小さい場合は、絶対寸法（０．１ｍｍ以下）で規定するとよい。
【００４２】
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。
【００４３】
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）に冷却することができる。
【００４４】
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、上記伝熱ブロック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から断熱されている。
【００４５】
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、上記サンプル容器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いる。
【００４６】
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、細管状のサンプル容器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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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４３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本ずつ嵌挿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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、サンプル容器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℃〜−１９６℃に保持されるようになっている。
【００５２】
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２１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パル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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、パルス数（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。
【００５５】
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（いわゆるマイコン）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。
【００５６】
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５４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。
【００５７】
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をサンプル容器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。
【００５８】
各伝熱ブロック２０Ａ，２０Ｂにはそれぞれ、サンプル容器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，２０Ｂ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。
【００５９】
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、生物サンプル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。
【００６０】
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ル容器１０の断面を示す。同図に示すサンプル容器１０は、基本的には従前のものと同規格であって、細い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、凍結時にサンプル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。
【００６１】
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（φ１）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。サンプル容器１０と貫通孔２１間の隙間（φ２−φ１：図３参照）はできるだけ小さくすることが望ましいが、そのサンプル容器１０にはみ出し部分があると、その隙間を小さくすることができない。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ル容器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。
【００６２】
そこで、図５に示した実施形態では、サンプル容器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φ１からのはみ出し部分を生じることなく、その容器１０の端部を圧着閉塞させている。
【００６３】
これにより、サンプル容器１０と貫通孔２１間の隙間（φ２−φ１）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ル容器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いう効果を、より顕著に得ることができる。
【００６４】
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。  
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、サンプル容器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。
【００６５】
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。
【００６６】
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内のサンプル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。
【００６７】
上記動作において、サンプル容器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。  
上記工程（１）〜（３）はサンプル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。
【００６８】
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、サンプルの種類等に応じて、より最適な冷却を高精度に行わせることができる。
【００６９】
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】
【００７０】
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、いっ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。
【００７１】
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が、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】
【００７２】
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から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いる。
【００７３】
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きる。
【００７４】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、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列以上並べてもよい。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い。
【００７５】
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化、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】
【００７６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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ル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ル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ルついて、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ルについて、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】
【００７８】
１０  サンプル容器                        １０’  サンプル容器
１２  一方の半円周部分                    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
８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ  伝熱ブロック
８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ  トンネル
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
φ１  サンプル容器の外径
φ２  貫通孔の内径
【図１】
2006042714.tif 000003
【図２】
2006042714.tif 000004
【図３】
2006042714.tif 000005
【図４】
2006042714.tif 000006
【図５】
2006042714.tif 000007
【図６】
2006042714.tif 000008
【図７】
2006042714.tif 000009
【図８】
2006042714.tif 000010