再生医療用細胞の超急速冷凍保存技術を志向した超流動ヘリウムによる高度冷却法の研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05850
• Research Institution: Akita National College of Technology
• Principal Investigator: 野澤 正和 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (60447183)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 凍結保存 / 極低温 / 温度計測 / 熱伝導

Outline of Annual Research Achievements

生体細胞の凍結保存における生存率の改善を目的として、超流動ヘリウム（He II）の熱流動特性を利用した超急速冷却技術の開発を行う。研究の初年度は、液体窒素を用いた実験を行うための実験装置および計測環境を整備し、液体窒素を用いた実験を実施した。生体組織を模擬した試料として、工業用寒天を用いた。寒天を液体窒素に浸漬冷却した際の、寒天内の温度変化を計測し、寒天のサイズや表面形状の違いによる温度分布の変化について考察を行った。以下に実施した内容をまとめる。
・生体組織を模擬した加熱体の製作を実施した。生体組織の熱伝導率・密度に近い試料として、工業用寒天を用いた。実際の冷凍保存に用いられると考えられるチューブ状（φ10×30 mm程度の円柱）の形状の他に、切片組織状（一辺約20 mmの立方体）の形状を準備し、加熱体の違いによる影響も考察できるようにした。試料内には、試料表面と試料の中心部に、高精度の極低温用の温度センサを取り付けた。
・液体窒素中での試料の温度分布計測を実施した。次年度以降の液体ヘリウム中での実験結果との比較のため、液体窒素中の温度変化の計測を行った。取り付けた温度センサによる計測結果から、試料内の冷却速度を算出し、冷却速度と試料の厚さの関係について明らかにした。試料表面では、冷却開始直後に、直ちに液体窒素温度近傍まで温度低下するが、浸漬冷却による急速冷却のため、試料表面に膜沸騰が発生する。今回の実験では、この膜沸騰発生による、液体窒素温度よりわずかに高い温度を維持する状態も計測することができた。試料中心部では、徐々に表面よりも冷却速度は低下するが、試料が凍結する温度である0℃近傍では、非定常の冷却速度の変化を捉えることができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度は、液体窒素を用いた浸漬冷却による温度計測を行うための実験環境を整えることができ、温度分布の計測を行うことができた。結果より、計測装置の感度や精度が、本研究では十分であることを確認でき、次年度以降の液体ヘリウムを用いた実験にも使用可能であることが確認できた。一方で、当初は、温度センサを3個以上取り付ける予定であったが、試料および治具製作の困難さから、温度センサは2個しか取り付けることができなかった。治具の形状を工夫し、温度センサの数を増加しての実験が、今後の課題である。また、研究成果について、学会等での発表ができなかったため、初年度の成果は次年度に学会での発表を行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

扱う試料や温度センサが小さく、扱いが難しいため、実験の準備やセットアップが簡潔にできるようなアイデアを考案する必要がある。学会発表を積極的に行い、外部の研究者と広く情報交換をして、研究方法にフィードアップしたい。

Causes of Carryover

初年度は、学会発表および論文投稿ができなかったため、これらに予定していた研究費が未使用のまま次年度に繰り越した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度で、学会に参加する回数および論文投稿の機会を増やし、初年度の研究成果を早めに発表および公表する予定である。