2018 Fiscal Year Research-status Report
極低温流体による生体細胞の機能的冷却時に発生する沸騰現象の熱・流体・物質伝達機構
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18K03995
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 沸騰熱伝達 / 凍結保存 / 二成分の沸騰現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体細胞の凍結保存における、凍結・融解後の生存率の向上を目指し、液体窒素とガスヘリウムを用いた機能的かつ高冷却速度を有する冷却技術について、熱・流体・物質伝達の観点から考察を行う。本研究を遂行することにより、液体窒素による取扱いも容易な冷却方法を確立することができ、生物工学分野におけるイノベーションが期待できる。
研究の初年度は、ヘリウムガスによる液体窒素中の沸騰抑制効果について行った。生体細胞の凍結保存において、高冷却速度の冷却として、液体窒素への浸漬冷却を適用した場合、浸漬直後に試料表面に発生する沸騰蒸気が冷却速度の低下につながる。そこで、ヘリウムガスを注入することで液体窒素の液温状況を極力抑え、冷却速度の改善をねらう。今年度は、強制蒸発の効果が最も現れるヘリウムガスの注入方法について明らかにした。
実験方法として、液体窒素中のヘリウムガスの注入法について、１．冷却試料の浸漬と同時に試料下部から注入、２．冷却試料の浸漬と同時に試料上部から注入、３．ヘリウムガスを注入後に冷却試料を浸漬の3条件で試料の温度変動の計測を行った。ヘリウムガスの注入が無い場合と比べると、沸騰時の液体窒素温度が低くなる傾向となった。特に、３の条件での注入では、試料浸漬開始での沸騰による温度変動を抑えることができることが確認できた。また、１や２の条件では、試料の沸騰時に、ヘリウムガスによる気泡も混在してしまい、試料冷却開始直後の沸騰による温度変動は、あまり抑制できなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度で実験環境を整え、ヘリウムガスを注入する実験を行うことはでき、ヘリウムガスの注入法による温度変化の違いを捉えることはできた。一方、ヘリウムガスの流量による影響については明らかにできなかった。加えて、ヘリウムガスの注入において、注入法や流量の他に、流入時間にも影響を受けると考えられ、実験条件として考慮すべきパラメータが増えてしまい、実験条件を全てこなすことが出来なかった。次年度、まだ実施していない実験条件での実験を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の実験結果において、沸騰時の液体窒素温度が数ケルビン変化することが示唆された。一方でこれらの実験結果を凍結保存に応用する際、数ケルビンの温度変化が、凍結融解後の生体細胞の生存率に、どの程度の影響を及ぼすかは明らかにできなかった。凍結保存への応用を考えた場合、この影響については明らかにすべきである。そこで、研究協力者の方に助言を頂きながら、凍結保存の試料に実際の生体細胞を導入し、凍結融解後の細胞の生体組織検査を行うことで、今回得られた温度変化量が、実際の細胞に及ぼす影響を明らかすることを検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
今年度の研究を遂行していく上で、凍結融解後の生体細胞の生体組織検査を行うことが必要であることが分かった。顕微鏡は、研究代表者が所属している、秋田高専の研究者に貸して頂くことが可能であるが、検査のための電動ステージが必要となる。購入を検討している電動ステージは、小型で高精度のため、高額となる。したがって、次年度の電動ステージの購入のために、今年度の研究経費の一部を次年度に繰り越すことにした。
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