用于自动样品解冻的系统、装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术总体涉及解冻低温冷冻样品。所述系统、装置和方法可用于加热样品保持器，所述样品保持器配置成接收容纳冷冻样品的样品容器。样品解冻开始时间可以通过测量样品容器的温度和/或样品的温度来识别。样品解冻结束时间可以作为样品解冻开始时间的函数来计算。在一些实施方式中，可以通过所记录的温度测量的加热曲线的一阶导数的显著变化来识别相同的解冻开始时间。可以通过向样品解冻开始时间添加常数来计算样品结束时间。常数可以是每个样品容器的平均样品解冻时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年5月16日提交的美国临时申请No.61/994,586和2014年8月27日提交的美国临时申请No.62/042,669的优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
本专利技术总体涉及细胞的低温保存，并且更具体地涉及用于回收低温保存的细胞和组织的系统、装置和方法。
技术介绍
悬浮液中细胞的低温保存是用于活细胞的长期存档储存和回收的完善的和公认的技术。作为一般方法，将细胞悬浮在通常包括盐溶液、缓冲液、营养物、生长因子、蛋白质和冷冻保存剂的冷冻保存介质中。然后将细胞分配到具有所需尺寸和体积的存档存储容器中，之后降低容器的温度，直到容器内容物冷冻。典型的长期存档条件包括液氮蒸汽存储，其中温度通常在-196和-150摄氏度之间。通过这种方法保存的活细胞的成功回收可以取决于在冷冻和解冻处理期间使细胞内区域中有害的冰晶体生长最小化。在冷冻过程期间已经取得了一些进展以减少细胞内冰晶生长。例如，可以通过向组织或细胞悬浮液中加入冷冻保护剂化合物来减少细胞内冰晶体生长，所述冷冻保护剂化合物抑制细胞外和细胞内的冰晶成核和生长。另外，可以通过管理样品温度降低的速率来控制细胞内冰的生长。在冷冻过程期间，细胞外冰晶形成将从发育的冰晶体结构中排除溶质和细胞，从而将溶质和细胞浓缩在剩余的液相中。溶质浓度的增加将建立渗透势，该渗透势将促进细胞的脱水，同时允许细胞膜可渗透的冷冻保护剂在细胞内体积内的浓度达到平衡的时间。随着冷冻过程的进行，将达到一定的温度，在该温度下高溶质浓度将凝固成玻璃状态，在细胞内体积内具有最小尺寸的冰晶核。然后将固态细胞悬浮液进一步降低温度，直到达到低温储存温度。在该温度下，分子活性充分降低，使得细胞可以无限期地被储存。对于在低温储存后的最佳细胞回收，在冷冻过程期间降温速率必须在值的一定范围内。如果降温速率太快，则细胞可在细胞内水的水平已经充分降低之前冻结，从而促进细胞内冰晶体的生长。如果降温速率太慢，则细胞可变得过度脱水，并且细胞外溶质浓度可变得太高，两种情况都导致关键细胞结构的损伤。因此，通常控制冷冻处理期间的降温速率。例如，控制降温速率的一种方法包括用绝缘材料包围样品并将组件置于静态温度环境中，而另一种方法包括将暴露的样品容器置于其中内部温度以受控的速率降低的隔离室中。使样品从低温存档状态返回包括将样品解冻至完全液体状态。在解冻处理期间，温度变化速率也会影响低温保存的细胞的生存力。样品存储容器的固体内容物含有结晶水的大的岛状物，其通过与冰晶的小核混合的玻璃态水溶质的通道插入。在从低温储存温度到最终相变成完全液体状态的转变期间，存在样品中水分子的重排的机会，包括细胞内的小冰核的热力学有利的延伸。由于细胞内冰晶的生长具有与细胞损伤相关的潜在性，并且由于晶体生长的程度是时间相关的现象，因此最小化通过相变的转变的时间间隔是合乎期望的。样品容器温度中的快速回转速率通常通过将容器在设定为约37摄氏度的温度的水浴中部分浸没来实现。虽然可以通过提高浴的温度来实现更快的解冻速率，但是将容器浸没在浴中将在容器内建立温度梯度，其中最高温度位于容器壁处。结果，将发生瞬态热力学状态，其中液体-固体混合物的温度将超过熔化温度，即使冷冻材料在非常靠近之处也是如此。因此，器皿内温度梯度对浴温度设置了上限。此外，由于常见的冷冻保护剂对细胞具有已知的毒性作用，所以液体状态的细胞相对于时间和温度的差异暴露允许在完成解冻处理时细胞的存活力的变化。由于冷冻保护剂的毒性效应在高温下增强，因此较低的液体温度是合乎期望的。为此，常见的解冻方案通常包括快速解冻阶段，当少量固体材料仍然保留在样品容器中时该解冻阶段终止。样品从水浴中取出后，样品温度将迅速平衡至接近相变温度的温度。解冻方案通常寻求使经解冻的样品保持在冷冻保护剂浓缩的状态下的持续时间最小化，并且稀释样品或替换用于培养基的冷冻保存介质的后续步骤通常以尽可能短的间隔应用。因为用于解冻样品小瓶中的低温样品的当前方法和解决方案取决于在个体基础上不同的方法、方案和设备，所以没有可用的现有的方法，通过所述方法解冻处理可以在学术或临床社区上标准化。因此，可能需要改进。
技术实现思路
在本专利技术中使用的术语“专利技术”、“本专利技术”、“该专利技术”和“当前专利技术”旨在广泛地指代本专利技术和下面的专利权利要求的所有主题。包含这些术语的语句应理解为不限制本文所描述的主题或限制以下专利权利要求的含义或范围。本专利技术所涵盖的本专利技术的实施方式由下面的权利要求而不是
技术实现思路
来限定。本
技术实现思路
是本专利技术的各个方面的高级概述，并且介绍在下面的具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在单独用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本专利技术的整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每个权利要求来理解主题。对于解冻细胞，常规实践是在温水浴(例如，37℃)中将细胞快速加热至刚好在最后一滴冰即将融化的点，然后将细胞慢慢稀释到生长培养基中。如果使得样品温度过高，那么细胞可能开始代谢，并被冷冻过程中使用的DMSO(二甲基亚砜)污染。通常，低温保存的细胞和组织的解冻由实验室技术人员进行，并且应用的方案不仅可以在每个实验室技术人员之间变化，而且还可以是技术依赖性的。样品解冻的完成通常由每个技术人员主观判断，并且可能导致解冻速率的变化或者已经允许样品变得太热。尽管使用浴和手动控制小瓶插入在理论上可能实现可重复的解冻曲线，但是技术和方案顺从性程度的预期差异，特别是结合频繁地从浴中取出小瓶以监测解冻状态的要求，使得偏离标准曲线是几乎确定的。从浴中取出小瓶中断从浴池水到小瓶的热能传递，并且对解冻状态的视觉评估通常是困难的，并且可能由于作为小瓶产品的整体特征而提供的小瓶标签和印刷书写表面的存在而变得复杂。另外的水浴也是污染源，并且小瓶主体-盖接头的不经意的浸没可能导致在移除小瓶盖期间将浴液引入小瓶内容物。提供简化的、自动化的和/或更一致的样品解冻的系统、装置和方法可能是有利的并且可以提高细胞回收性。此外，与容易配置和执行的方法结合的自主运作的装置可以提供标准解冻处理可以跨学术和/或临床社区整合的方式，从而消除实验结果和治疗结果中的变异源。将提供对于样品小瓶的解冻处理的自动化和标准化的装置和方法可以解决在实现该成就时的多个障碍。本专利技术的实施方式可以解决这些问题中的一个或多个。为了复制解冻处理，其中加热阶段在实质解冻后终止(例如，当小部分样品仍然处于固相时或当样品基本上完成从固体到液体的相变时)，解冻系统可以使用一个或多个传感器和/或解冻算法来预测解冻处理的各个阶段。在一些实施方式中，由于存在一定范围的对在解冻期间的细胞内冰晶生长、冷冻保护剂暴露和在解冻处理期间液态温度升高的组合效应的易感性，获得针对给定细胞类型或细胞混合物的一致恢复状态可取决于相对于时间的解冻温度升高曲线的紧密控制。因此，在本专利技术的一些实施方式中，可以提供用于在一致和均匀条件下解冻样品的系统和方法。由于在低温下储存的样品通常位于远离将进行回收操作的加热器的位置，因此必须建立系统以在运输期间调节样品的温度，以确保样品不会过早地解冻或在高于-75℃的温度下花费不必要的长时间间隔。尽管理想地，在从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将器皿中容纳的样品从固态转化为液态的装置，所述装置包括：柔性固体材料，其形成用于接收所述器皿的容器；加热器，其用于将所述柔性固体材料加热到高于所述样品的熔点的温度；其中，当所述器皿被接收在由所述柔性固体材料形成的容器内时，所述柔性固体材料被置于所述器皿和非柔性固体材料之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.16 US 61/994,586;2014.08.27 US 62/042,6691.一种用于将器皿中容纳的样品从固态转化为液态的装置，所述装置包括：柔性固体材料，其形成用于接收所述器皿的容器；加热器，其用于将所述柔性固体材料加热到高于所述样品的熔点的温度；其中，当所述器皿被接收在由所述柔性固体材料形成的容器内时，所述柔性固体材料被置于所述器皿和非柔性固体材料之间。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述柔性固体材料具有0.05瓦特/米-开尔文和10瓦特/米-开尔文之间的热导率，并且所述非柔性固体材料具有10瓦特/米-开尔文和410瓦特/米-开尔文之间的热导率。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述柔性固体材料和所述非柔性固体材料永久地结合在一起。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述柔性固体材料和所述非柔性固体材料能移除地结合在一起。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述柔性固体材料和非柔性固体材料形成两个或更多个分开的段，所述两个或更多个分开的段连接在一起以形成所述容器，并且所述段通过机械联动装置连接，所述机械联动装置可将所述段移动到用于接收或释放所述器皿的打开配置，和移动到用于形成所述容器和解冻所述器皿的闭合配置，并且其中所述柔性固体材料当将所述段从打开配置转换到闭合配置时可选择性地放置成与所述器皿接触或当将所述段从所述闭合配置转变到所述打开配置时从与所述器皿的接触中移开。6.根据权利要求5所述的装置，还包括夹具，用于对容纳在所述容器内的所述器皿上的所述段施加夹持力，其中所述夹持力由磁力、电磁、弹簧、液压、气动或机械力、或其任何组合施加。7.根据权利要求5所述的装置，还包括器皿传感器，其用于当所述段处于所述打开配置和闭合配置时检测所述柔性固体材料的所述段之间的所述器皿的存在。8.根据权利要求5所述的装置，还包括微控制器，其中，当所述段处于所述打开配置时，所述微控制器被配置为检测所述器皿在所述段之间的位置处的位置，并且在将所述器皿插入所述开打开段之间的位置时被配置成传递控制信号以致动所述机械联动装置以朝向所述闭合配置移动所述段，以使所述器皿与所述段的所述柔性固体材料接触。9.根据权利要求5所述的装置，还包括微控制器，其中，当所述段处于关闭配置并且解冻所述器皿时，所述微控制器被配置成通过传递控制信号以致动所述机械联动装置以使所述段朝向所述打开配置移动，使得所述段的柔性固体材料不接触所述器皿来中断所述器皿的解冻。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述非柔性固体材料由所述加热器加热。11.根据权利要求1所述的装置，还包括固定在所述非柔性固体材料中的温度传感器，并且其中所述样品器皿温度传感器与所述非柔性固体材料热绝缘，并且在接触位置与所述器皿保持接触，使得由所述温度传感器报告的温度信号与在接触位置处的所述器皿的外表面的温度相关联。12.根据权利要求1所述的装置，还包括固定在所述非柔性固体材料内的红外温度传感器，并且其中由所述红外传感器报告的温度信号与所述样品器皿的温度相关联。13.根据权利要求12所述的装置，其中通过对来自所述红外温度传感器的所述温度信号的算法分析来确定样品解冻间隔的总持续时间，所述红外温度传感器报告在所述器皿中包含的所述样品的顶部水平下方的位置处的所述器皿的外表面温度。。14.根据权利要求1所述的装置，其中所述柔性固体材料的加热导致所述器皿的径向加热，以实现主要与器皿填充水平无关的解冻时间。15.一种在器皿内解冻样品的方法，所述方法包括：接收来自一个或多个温度传感器的温度数据馈送，所述一个或多个温度传感器报告沿着所述器皿的外表面的位置处在所述器皿内的样品的顶部水平下方的所述器皿的外表面温度；基于从所述一个或多个温度传感器接收的所述温度数据馈送来计算解冻结束时间；以及输出信号以在所计算的解冻时间中断所述器皿中容纳的所述样品的解冻。16.根据权利要求15所述的方法，其中从所述传感器接收的所述温度数据馈送用于计算与所述器皿中包含的所述样品的固体到液体的状态变化相关联的定时事件，并且基于所述定时事件计算解冻结束时间。17.根据权利要求15所述的方法，其中从所述传感器接收的所述温度数据馈送用于计算所述样品器皿的温度升高速率，以及基于所述温度升高速率计算解冻结束时间。18.一种解冻在器皿内的样品的方法，所述方法包括：平衡所述样品和器皿至中间温度，其中所述中间温度低于样品熔融温度；使所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·施莱佛，大卫·香农，
申请(专利权)人：比奥新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US