(57)【要約】【課題】細胞、組織の鮮度や機能を損なわずに冷凍できる冷凍方法及び冷凍庫を提供する。【解決手段】冷凍庫の内部空間において、水分子の回転運動を生じさせながら被冷凍物を氷結温度より低い温度で凍結させることを特徴とする冷凍方法；周囲を断熱材で包覆された内部空間と、該内部空間を冷却するとともに所定の温度に維持可能な冷却手段を備えた冷凍庫において、該冷凍庫の内部空間に水分子の回転運動を生じさせる手段を備えたことを特徴とする冷凍庫。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍庫の内部空間において、水分子の回転運動を生じさせながら被冷凍物を氷結温度より低い温度で凍結させることを特徴とする冷凍方法。
【請求項２】
マイクロウェーブと超音波を同時にまたは交互に照射することにより水分子の回転運動を生じさせる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１０〜３０ＧＨｚマイクロウェーブを照射することにより水分子の回転運動を生じさせる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
５０〜８０ＧＨｚマイクロウェーブを照射することにより水分子の回転運動を生じさせる請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を照射する請求項２に記載の方法。
【請求項６】
凍結温度が−２０℃以下である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
周囲を断熱材で包覆された内部空間と、該内部空間を冷却するとともに所定の温度に維持可能な冷却手段を備えた冷凍庫において、該冷凍庫の内部空間に水分子の回転運動を生じさせる手段を備えたことを特徴とする冷凍庫。
【請求項８】
水分子の回転運動を生じさせる手段がマイクロウェーブと超音波を発生させる手段である請求項７に記載の冷凍庫。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細胞・組織の冷蔵・冷凍保存方法及び冷凍庫に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、細胞、組織をその鮮度を損なわずに保存するために、ショックフリーザー等の冷凍庫が利用されている。しかし、これらの冷凍庫で細胞、組織を急速冷凍すると、細胞、組織の表層部が先に冷却され、表層部と内部とで温度勾配が生じるため、細胞、組織の表層部が先に凍結するとともに内部の水分が表層部の氷の核に吸い上げられることになる。また、細胞、組織の内部においても、大水層が形成する傾向があり、冷凍時間を縮小しても水分の分離や解凍とそれに伴う組織の破壊を回避することは困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の上記の問題点に鑑みて、細胞、組織等の冷凍保存する際の水分の分離や組織の破壊を抑え、細胞、組織の鮮度や機能を損なわずに冷凍できる冷凍方法及び冷凍庫を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の冷凍方法及び冷凍庫を提供するものである。
項１．  冷凍庫の内部空間において、水分子の回転運動を生じさせながら被冷凍物を氷結温度より低い温度で凍結させることを特徴とする冷凍方法。
項２．  マイクロウェーブと超音波を同時にまたは交互に照射することにより水分子の回転運動を生じさせる項１に記載の方法。
項３．  １０〜３０ＧＨｚマイクロウェーブを照射することにより水分子の回転運動を生じさせる項１または２に記載の方法。
項４．  ５０〜８０ＧＨｚマイクロウェーブを照射することにより水分子の回転運動を生じさせる項１または２に記載の方法。
項５．  ５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚの超音波を照射する項２に記載の方法。
項６．  凍結温度が−２０℃以下である項１に記載の方法。
項７．  周囲を断熱材で包覆された内部空間と、該内部空間を冷却するとともに所定の温度に維持可能な冷却手段を備えた冷凍庫において、該冷凍庫の内部空間に水分子の回転運動を生じさせる手段を備えたことを特徴とする冷凍庫。
項８．  水分子の回転運動を生じさせる手段がマイクロウェーブと超音波を発生させる手段である項７に記載の冷凍庫。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、被凍結体に含まれる水分子の回転運動に着目し、水分子の回転を生じさせながら被凍結体を凍結することにあり、これにより被凍結体内の表層部と内部には温度勾配がほとんど或いは全くなく、しかも凍結温度が低下することで氷の結晶を成長させずに硝子体を該表層部と内部で一様に形成させることが可能になり、細胞、組織の鮮度や機能を損なわずに冷凍できることになる。
【０００６】
水分子の回転運動を促進するための手段としては、マイクロウェーブ、超音波、マイクロ波超音波、赤外線（遠赤外、中間赤外、近赤外を含む）などが挙げられ、これらを単独で使用するか、または２種以上を併用することができる。
【０００７】
水分子の回転運動を促進するための手段は、マイクロ波、赤外線、超音波などの照射度（強度）と周波数、照射方法（連続的、間欠的）を調節しながら照射するのが好ましい。このような調節は、例えば水分子の回転運動を促進するための手段にコントロールユニットを接続することにより行うことができる。
【０００８】
マイクロウェーブの周波数は、水分子の回転運動が行われ、かつ、氷結温度より低い温度で凍結する限り特に限定されないが、例えば１０〜３０ＭＨｚないし５０〜８０ＭＨｚ、特に１５〜２５ＭＨｚないし５０〜６０ＭＨｚが好ましく例示される。
【０００９】
超音波の周波数としては、５０ｋＨｚ〜１ないし２ＭＨｚ、強度は０．１〜０．５ＭＰａが好ましく例示される。
【００１０】
本発明では、マイクロウェーブと超音波を組み合わせて使用するのが特に好ましい実施形態の１つである。マイクロウェーブと超音波は同時に或いは交互に照射され、これらは連続的或いは間欠的に照射され得る。
【００１１】
水分子の回転運動の促進により、氷結温度を降下させることが可能になる。具体的には、水分子の回転運動を促進させない場合、０℃〜−５℃程度の温度で氷結するが、本発明の方法を用いると、好ましくは−１０℃以下、より好ましくは−１０℃〜−４０℃程度、特に好ましくは−２０℃〜−３０℃の温度で氷結させることができる。このような低温での氷結の開始により硝子体の氷が形成され、細胞、組織の損傷が防止される。
【００１２】
前記コントロールユニットは、氷結温度を前記の所定の低温まで降下させるようにマイクロウェーブ、超音波等の回転運動制御手段をコントロールする。
【００１３】
被冷凍物は水分を含む細胞、組織であり、具体的には肉、魚介類、野菜などの生鮮食料品、動物、植物などの細胞・組織が例示される。例えば再生医療で用いられる幹細胞や臓器などを本発明の方法により凍結すると解凍時にこれらの活性が失われることはない。また、生鮮食料品はその鮮度を保った状態で凍結することができる。
【００１４】
本発明の１つの好ましい実施形態を図１に示す。
【００１５】
図１において、冷凍庫１は断熱材で包まれた内部空間を冷却するファン２，温度センサー３、同内部空間にマイクロウェーブ及び超音波場を発生させるマイクロウェーブ及び超音波発生手段４，細胞・組織冷凍容器５，後述する所定及び可変周波数のマイクロウェーブ波及び超音波を照射するためのコントロールユニット６及びターンテーブル７により主に構成されている。
【００１６】
冷凍庫１は、外部の冷凍機（圧縮機、凝縮器等）と冷凍配管で連結し、冷凍サイクルを構成するものであり、温度センサー３により内部空間の温度を検知して冷凍機の運転を制御し、内部空間を所定の低温に維持可能である。２は内部空間内の空気を循環させるファンである。
【００１７】
一般に水分子、特に酸素原子はマイクロウェーブを他の分子よりも所定マイクロ波領域（５０〜８０ＭＨｚ、好ましくは５０〜６０ＭＨｚ）において吸収しやすい。
【００１８】
以上のごとく構成された冷凍庫１は、マイクロウェーブ及び超音波発生手段４により所定のマイクロウェーブ及び超音波強度の場を形成する内部空間に細胞、組織等の被冷凍物を収容後、コントロールユニット６を作動させ、発生手段４から所定周波数のマイクロウェーブ波及び超音波を出力し、上記細胞・冷凍容器内の被冷凍物に照射することにより被冷凍物中の水及び酸素分子の回転運動を生じさせ、水分の氷結温度を降下させる。このようにして、内部空間の温度を通常の氷結温度以下に下げ、約−２０℃以下の極低温まで水分を氷結させずに、被冷凍物全体を均一に冷却した後、冷凍機１及びそのファン２を作動させ、被冷凍物を瞬時に凍結させることにより、硝子体状に氷結することができる。
【００１９】
このようにして得られた冷凍物を、必要に応じてマイクロ波／超音波の存在下に解凍すると、得られた凍結物が細胞・組織の場合にはその機能低下が起こらず、生鮮食料品の場合には鮮度が維持される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上述べたように、冷凍庫の内部空間にマイクロウェーブ及び超音波場などを発生させるとともに、該マイクロウェーブ及び超音波場内に位置した被凍結体に対して該マイクロウェーブ及び超音波強度に応じて決定される所定の可変の周波数のマイクロウェーブ波及び超音波を連続的または間欠的に照射するなどの手段により該被冷凍物に含まれる水分子を運動させることにより、細胞、組織の鮮度や機能を損なわずに冷凍できる。また、マイクロウェーブ及び超音波の発生手段のような水分子の回転運動を起こさせる手段を備えているため、これらを解凍時にも使用でき、これらを用いた均一な解凍により細胞、組織の鮮度や機能を損なわずに解凍できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の冷凍庫を示す概略図である。
【図２】１は、従来法により冷凍された細胞・組織を示す模式的な部分概略図である。２は、本発明の冷凍方法により冷凍された細胞・組織を示す模式的な部分概略図である。
【符号の説明】
▲１▼  冷凍庫（−１５０℃まで冷凍可能）
▲２▼  ファン
▲３▼  温度センサー
▲４▼  マイクロウェーブ／超音波発生手段
▲５▼  細胞・組織冷凍容器
▲６▼  マイクロウェーブ／超音波コントロールユニット
▲７▼  ターンテーブル
【図１】
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【図２】
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