| 研究概要 |
生体の冷凍保存技術において問題となる凍害発生,細胞損傷のメカニズムを解明する目的の一環として、マクロな生体膜を模凝した、一枚の人工膜で仕切られたセル内での濃度の異なる水溶液が冷凍過程において物質移動する様子を観察し,膜の存在が果す役割について考察した。半割の矩形セルで、その中央、鉛直に膜を挟んだ試料容器を左右両側面から冷却し、水平面内の温度分布を櫛形に並べた7本のシ-ス熱電対を使って測定し,冷凍曲線を20%食塩水・蒸留水,20%庶糖水溶液・蒸留水の組合せについて得た。その結果、人工膜として採用したセロハン膜が存在するセル内の凍結は,人工膜の代りに金属薄板で仕切った場合と比べて,樹状氷晶の発生が抑制され、過冷却現象が起こりにくいことが判った。さらに本研究で改良された光ファイバ濃度センサを使って、濃水溶液冷却面からの距離、11.4mm,15.9mmの濃溶液側,18.9mm,26.4mm,34.5mmを淡溶液側とした5ヶ所の位置での鉛直方向の濃度と温度の測定結果によると、濃溶液側では、膜の近くでもセル中央でも液面に近づくにつれて淡くなる傾向は変わらないが,膜の近くに鉛直下方部では濃度の変動が大きい。これは、境界膜では水力学的透過と拡散的透過によって発生する物質移動が両者一様に分布した活生部で起るのでなく、水が浸透圧で入ってくる領域、濃塩水が拡散によって出ていく領域とに分離されることによると考えられた。さらに移動した塩分(媒質)あるいは水(溶媒)はセル内に一様に混合するのでなくて,密度成層を形成することがわかった。また冷却速度を増加させると,膜を移動する塩分の移動量は冷却速度に比例して増加し、二重拡散層も顕著になることも明らかになり,凍結により排出された塩分は周囲水溶液によってただちに希釈されずに濃縮された縞部を形成する。このことが、細胞に塩害をもちらす原因の一つであることが示された。
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