(57)【要約】【課題】  蓄熱材内部の熱分布不均一性による熱放出効率の低下と緩衝能低下を回避する。【解決手段】  蓄熱材内部に攪拌具を１個又は複数個入れ、輸送中、蓄熱材内部で攪拌具が相対的位置を変化させることで生じる攪拌流を用いることにより、蓄熱材内部の熱不均一性を解消する。外周部より温度が低下し固化する現象を回避することで、熱放出効率と緩衝能の維持を可能とすることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体から固体へ一定温度で相転移を生じるパラフィンと、
前記パラフィンに接して配置され、前記パラフィンを攪拌する攪拌具と、
前記パラフィンと前記攪拌具とを収める容器とを有する温度調整部材。
【請求項２】
前記パラフィンは蓄熱材であることを特徴とする請求項１に記載の温度調整部材。
【請求項３】
前記パラフィンはn-Eicosaneであることを特徴とする請求項１に記載の温度調整部材。
【請求項４】
前記攪拌具として複数の攪拌具を具備することを特徴とする請求項１に記載の温度調整部材。
【請求項５】
前記容器は、断熱材部分と熱伝導部材部分とからなることを特徴とする請求項１に記載の温度調整部材。
【請求項６】
前記攪拌具はガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の温度調整部材。
【請求項７】
液体から固体へ一定温度で相転移を生じるパラフィンと、
前記パラフィンに接して配置され、前記パラフィンを攪拌する攪拌具と、
前記パラフィンと前記攪拌具とを収める容器と、
前記容器を囲うように配置される断熱部と、
前記容器と前記断熱部とを収める外部容器とを有する収容容器。
【請求項８】
前記容器の少なくとも一部は、膜であることを特徴とする請求項７に記載の収容容器。
【請求項９】
前記容器の少なくとも一部は、熱伝導性膜であることを特徴とする請求項６に記載の収容容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は細胞などを所定温度にほぼ維持して輸送する際などに用いられる蓄熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞などのサンプルは、温度条件によって負荷に変化が生じる。そのため、細胞などのサンプルの輸送では、温度の制御が必要となる場合が多い。例えば、屋外の通常の外気より温度の高く、体温に近い約３６℃程度で細胞を輸送する需要がある。
一方、液相物質の温度を管理する従来法として、例えば液体が収められた容器に磁気により回転させられる攪拌具を配置する方法がある（例えば特許文献１）。これは液相物質の入れられた容器の中に攪拌具を沈設し、磁気により攪拌具を回転させて攪拌流を生じさせ、均質な培地を供給する方法である。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１３５６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
約３６℃で液体から固体へと相転移を起こす炭化水素（パラフィンなど）が内部に封入された蓄熱材を用いることにより、環境温度を制御することができる。この蓄熱材で細胞などのサンプルを覆ってサンプルを輸送する場合、蓄熱材は熱源であると同時に、液状であることによる緩衝能を有する。この蓄熱材を断熱材で囲み、これらを外部容器に納めると（以下、この構成を輸送容器と呼ぶ）、長時間にわたりサンプルの環境温度を約３６℃一定に維持することができる。
【０００５】
蓄熱材は、内部よりも温度の低い外気に接する蓄熱材の外周部より熱は放出されるため、蓄熱材の外周部より液体から次第に固化する。このとき、蓄熱材は熱の放出と共に外周部から冷却されて固化する。熱の放出効率は外気と蓄熱材の外周部の温度差に比例するため、蓄熱材の外周部が冷却されて外気との温度差が小さくなるにつれ、熱放出効率は低下し、蓄熱材内部に熱が取り残されることになる。結果として輸送容器内の内部温度を維持する時間は減少することになる。また、蓄熱材の外周部が早くに固化するため、緩衝能も失われる。
蓄熱材の内部で何らかの手段により攪拌流を起こした場合、外周部で熱を失った蓄熱材はすぐさま蓄熱材の内部に取り込まれ、結果として蓄熱材の内部の熱分布は一様となる。外周部に位置していた分子だけが固化することはない。よって、攪拌流が生じている限り、外周部のみが冷却されて固化することを回避できる。同時に緩衝能を維持することができる。
【０００６】
特許文献１に例示される方法を用いた場合、あらかじめ沈設した攪拌具が磁気により回転するために攪拌流を起こすことが可能である。攪拌具を回転させるためには駆動力として回転磁場を発生させる磁気攪拌器を必要とし、それが作動するためには蓄電池、電気回路より成る駆動装置を必要とする。仮に細胞の輸送に用いる輸送容器の内部にこの駆動装置を備えようとしても、設置体積の確保のために輸送容器は大きくなってその結果として温度調整は困難となり、また、容器そのものが重く、さらに高価なものとなる。結果として温度調整が困難である上に輸送に関わる費用は高くなる。また、電気的な駆動装置は、蓄電池が切れた場合や電気回路が故障した場合は作動しなくなるため、長時間にわたる輸送の場合、輸送中に確実な作動を保証することは難しい場合がある。以上より、小型、軽量、安価な手段を用い、蓄熱材の熱放出効率と緩衝能の維持を向上させることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案する。
蓄熱材の内部に、蓄熱材と反応することのない攪拌具を設置する。具体的には、ある程度の大きさと質量を持つ攪拌具を１つ又は複数個、あらかじめ蓄熱材の内部に沈設しておけばよい。この攪拌具は輸送中に蓄熱材内部での相対的な位置を容易に変えることのできる形状（球状、円柱状、円錐状、これらを組み合わせた立体状）であってもよい。攪拌具の素材は、蓄熱材内部に封入されている炭化水素と反応せず、相互反応なしに円滑に動くことが可能であるものであればよい（例えば、ガラス、鉄等の金属など）。この攪拌具は、輸送容器が輸送される間、輸送容器に与えられる傾き、振動、揺れ等により、蓄熱材内部における相対的な位置を容易に変えることができる。攪拌具が位置を変えることによって封入されている液体状の炭化水素に攪拌流が生じ、熱の一様分布を実現する。なお、蓄熱材としては、例えばCnH2n+2の一般式をもつ飽和鎖式炭化水素であるパラフィンを用いる。特には、例えば、C20H42の化学式で表され、融点が36.4℃であるn-Eicosaneを使用する。
【０００８】
また、蓄熱材を封入する容器については、細胞が培養される培養容器に接する部分は収縮性を有し培養容器の位置を固定できる膜状であってもよい。さらに細胞が培養される培養容器に接する部分は、熱伝導性の高い素材とし、それ以外の部分については断熱材を使用してもよい。この場合、細胞への熱伝達効率を調整することができる。攪拌具の素材としては、ガラスなどを用いることができる。
【０００９】
この攪拌具を備えた蓄熱材を用いて環境温度を制御する方法は、電気等の駆動力を必要としないので、輸送容器全体としての大きさに変わりはなく、容器全体としての温度制御も容易となり、また輸送も簡便化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、輸送中に蓄熱材内部において攪拌流が生じさせることができる。これにより蓄熱材の内部温度は一様となり、早期に外周部のみが冷却され固化する状況を回避できる。また、外気との温度差が維持されるので蓄熱材の熱放出効率は高いまま維持される。また、外周部が液体である状態を長く保つので緩衝能は長時間保たれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図１は蓄熱材と、その内部に配置された攪拌具とそれらを収める容器とからなる温度調整部材の全体図である。図２は蓄熱材と、その内部に配置された複数の攪拌具（本実施例では３個）とそれらを収める容器とからなる温度調整部材の全体図である。図３は蓄熱材の入った容器のうち、細胞を収める培養容器と接する部分を熱伝導性の高い素材からなる熱伝導部材３０とし、残りの部分を断熱材３１とし、熱放出効率を向上させたものである。図４は攪拌具を使用したとき及び使用しなかったときにおいて、時間の経過と共に蓄熱材の持つ熱が発散され、外気温と一致するまでの経過を示したものである。図５は攪拌具の形状について示したものである。図６は温度調整部材と断熱部からなる輸送容器の中に培養容器が収められる様子を表した図である。
【００１２】
図１において蓄熱材及び攪拌具の構成について説明する。熱源として固形の炭化水素（n-Eicosane）１０を封入するための容器１１と、その内部に球状の攪拌具１２が沈設されている。容器の形状は、例として、直方体の形状を図示している。攪拌具は炭化水素と接するように配置されている。
図２は、図１における蓄熱材の構成において、攪拌具２２・２３・２４と３個沈設したものである。攪拌具の個数は複数個であることが想定されるが、その一例として３個の場合を図示した。
【００１３】
図３は、図１における蓄熱材の構成において、容器１１を断熱性の高い素材３０と熱伝導性の高い素材である高熱伝導性膜３１を組み合わせた容器に換えたものである。容器の構成は断熱壁３０と、高熱伝導性膜３１とより成る。高熱伝導性膜３１は、輸送時、上部に細胞を収める培養容器が接触した状態となり、高熱伝導性膜３１を通じて熱が伝道し、培養容器の温度が約３６℃に維持される。それ以外の場所からは、断熱壁３０の断熱作用により熱が放出されることはない。よって熱放出の無駄を省く。容器内部には攪拌具３２が沈設されている。本図では攪拌具は１個としているが、図２で示した場合と同様、攪拌具の個数を複数（例えば３個）入れてもよい。
【００１４】
図４は、蓄熱材の内部に攪拌具をあらかじめ２つ沈設した場合と、攪拌具を用いなかった場合の、蓄熱材の外周部の経時的温度変化の一例である。外気温は３２℃として実施した。攪拌具の数は多ければ多いほど内部に生じる攪拌流は大きくなる。また、固化が進むに伴い攪拌具の自由度は小さくなるが、攪拌具の数が多ければ、全ての攪拌具の動きが停止するまでの時間は確率的に遅くなり、攪拌具の個数が１個の時に比較して長時間にわたり攪拌流が生じていることになる。一方、攪拌具が多くなるとその分、熱源として用いる炭化水素の封入量が減り、蓄熱量が小さくなることになる。本例では攪拌具を２個とした。
【００１５】
本例では、蓄熱材容器を約１０ｃｍ×１０ｃｍ×３ｃｍ、攪拌具を直径約１ｃｍの球体として２個沈設した。攪拌具の素材はガラスとした。熱源として封入された炭化水素とは相互反応を生じることはなく、円滑に動くことが可能である。この構成のものと、攪拌具が入れられていないものを用意し、あらかじめ４５℃の恒温機において蓄熱材を熱して内部の炭化水素を融解させて液体状にし、その後、３２℃の外気温下で緩やかな傾斜と回転運動を与えた状態に置いた。緩やかな傾斜と回転運動とは、輸送時の動きをモデル的に実現したものである。その間、蓄熱材の外周部の温度変化を温度センサーにより計測した。そして攪拌具の有無について、蓄熱材が固化する様子と外周温度の経時的変化について評価を行った。
【００１６】
攪拌具の有無に関わらず、あらかじめ４５℃の恒温機において熱せられた蓄熱材は、３２℃の外気温下にさらされると速やかに温度を下げ、封入されている炭化水素の融点である約３６℃で一定の状態となった。攪拌具無しの場合はその後、外周部から固化し始めた。一方、攪拌具ありの場合は小さい、固化した塊が若干生じるが、攪拌具なしの場合よりも長時間にわたり攪拌具は内部で運動を続け、外周部のみが固化することはなかった。これにより、蓄熱材全体は長い時間にわたり液体状態を維持し、輸送時に想定される培養容器へかかる衝撃を和らげる緩衝能が保たれることが示された。外周部の経時的温度変化については、攪拌具ありの方がなしの場合に比べ、１１．６％の温度保持時間の増加が確認された。よって本方式は、蓄熱材の熱放出効率及び緩衝能の向上においても寄与していることが示される。以上より本方法は、輸送容器による一定の温度をほぼ維持する輸送時間の増加と、長時間にわたり蓄熱材は液体状態を維持することによる緩衝能の長時間維持を、得ることができる。
【００１７】
図５は攪拌具の形状を例示したものである。攪拌具は、蓄熱材内部における相対的な位置を用意に変えることのできる形状であり、球状攪拌具５０、円柱状攪拌具５１、円錐状攪拌具５２、これらを組み合わせた立体形の例として、円錐と球を組み合わせた攪拌具５３である。蓄熱材の内部において相対的な位置を最も容易に位置を変えうるものは、球状攪拌具５０である。
【００１８】
図６は輸送容器に培養容器を収納した際の構成を示したものである。輸送容器は外部容器６０と蓋６１とより成る。その内側には断熱部６２が配置され、外部への熱の漏出を防ぐ役割を果たす。６３は蓄熱材であり、外部は断熱壁６４と伸縮性を有し熱伝導性の高い高熱伝導性膜６５に囲まれている。６７、６８は攪拌具である。攪拌具の態様は上記までの態様をとってもよい。高熱伝導性膜６５は蓄熱材と攪拌具を収納する容器の役割も有する。蓄熱材は２段に収納されており、その間に、細胞等が内部に入れられている培養容器６６が収納されている。培養容器は全方向から、高熱伝導性膜６５を介して接している。そのため蓄熱材により温度が維持されると共に、液体状である蓄熱材は緩衝材としての役割も持つ。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、１個の攪拌具と蓄熱材の全体構成図。
【図２】本発明の一実施例を示すもので、３個の攪拌具と蓄熱材の全体構成図。
【図３】本発明の一実施例を示すもので、攪拌具と熱伝導性を向上させた蓄熱材の全体構成図。
【図４】本発明の一実施例を示すもので、攪拌具を沈設した場合と、攪拌具なしの場合の経時的温度変化を評価した図。
【図５】攪拌具の形状を例示した図。
【図６】輸送容器の構成を例示した図。
【符号の説明】
【００２０】
１０・・・炭化水素、１１・・・容器、１２・・・攪拌具、２０・・・炭化水素、２１・・・容器、２２・・・攪拌具、２３・・・攪拌具、２４・・・攪拌具、３０・・・断熱壁、３１・・・高熱伝導性膜、３２・・・攪拌具、５０・・・球状攪拌具、５１・・・円柱状攪拌具、５２・・・円錐状攪拌具、５３・・・球と円錐を組み合わせた立体形の攪拌具、６０・・・外部容器、６１・・・蓋、６２・・・断熱部、６３・・・蓄熱材、６４・・・断熱壁、６５・・・高熱伝導性膜、６６・・・培養容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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