用于控制待冰冻的生物样本中的冰核形成的装置制造方法及图纸

提供了用于诸如在冷冻保存和冰冻干燥期间控制冰形成的装置。所述装置包括至少一个壳体以及包封在空腔内的冰核材料，所述壳体包括空腔和至少一个可渗透壳体壁。可渗透壳体壁对液体是可渗透的，但是防止冰核材料渗透到空腔外(或减少其可能性)，并且可例如由实验室滤纸组成。该装置有利地将冰核材料输送到待冰冻的生物样本中，而不允许冰核剂接触或污染样本内的生物物质。装置(190)可为可以添加到容纳样本的容器中的装置，它可为多套管板的形式，或者它可为用于多套管板的插入板(192)的形式。

A device used to control the formation of ice nuclei in frozen biological samples

A device for controlling the formation of ice during freezing and freezing drying is provided. The device includes at least one shell and ice core material enclosed in the cavity, and the shell includes a cavity and at least one permeable shell wall. The permeable shell wall is permeable to the liquid, but prevents the ice core material from penetrating into the cavity (or reducing its possibility), and can be made up of laboratory filter paper, for example. The device is beneficial to transport ice core materials to frozen biological samples, without allowing ice nucleating agents to contact or contaminate the biological substances in the sample. The device (190) can be used as a device that can be added to containers that contain samples. It can be in the form of multiple casing plates, or it can be used for inserting plates (192) for multi casing plates.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制待冰冻的生物样本中的冰核形成的装置专利
本专利技术大体涉及用于控制冰形成的装置、方法和系统。专利技术背景生物材料(例如，细胞、疫苗和蛋白质)通常需要保存。例如，生物材料可能需要保存，以便它们可以在以后的时间点在科学实验中被研究或使用。在另一示例中，作为体外受精(IVF)过程的一部分，可以保存人体卵母细胞或受精胚胎。在这些实施例中，以使对生物材料的损害或劣化最小化的方式保存生物材料是重要的。冰冻技术常用于保存生物材料。有不同的方式冰冻生物材料以保存它们。例如，冷冻保存为将生物材料冰冻并然后以冰冻状态储存的过程，而冰冻干燥(冻干)为将生物样本冰冻并在冰冻步骤之后，从样本中除去水，使得样本以干燥状态储存的过程。冷冻保存是广泛采用的用于保持生物样本的长期生存力以便随后在医学、生物技术和兽医学领域应用的技术。为了在解冻时获得高生存力，有必要加入也称为冷冻保护性添加剂的保护性化合物，并且然后以受控的速率冷却样本。对于许多细胞类型，还有必要通过受控的成核而不是允许自发的冰核形成(icenucleation)来诱发冰形成。用于冷冻保存的样本通常放置在专门的冷冻容器中，诸如：·为薄壁管的吸管，其直径通常为2mm至4mm，长度可达140mm，容量为0.2ml至0.5ml；·冰冻瓶，其为直径较大(直径通常为12.5mm)且容量为0.5ml至5.0ml的短管；·袋，容量从5ml到1000ml的一系列柔性袋可用于较大体积的冷冻保存；以及·多套管板(multiwellplate)、基质管和在机器人技术、高通量筛选等中采用的其他SBS(生物分子科学学会)样式。存在一系列器具以允许样本在冰冻容器中的受控速率冰冻；这些装置可采用液氮作为冷冻剂或通过机械冷藏来冷却。此外，存在许多无源冷却装置。在受控速率冰冻后，样本在通常为液氮温度(-196℃)的低温下保持冰冻。在此温度下，如果细胞在冷却阶段存活，则细胞生存力与储存期无关。当需要使用时，样本被快速解冻，通常被保持在37℃的水浴中，并且冷冻保护剂被去除。冰冻干燥(冻干)广泛用于生物技术、医药和兽医科学，以用于长期稳定细胞、疫苗、蛋白质和其他生物活性化合物。冰冻干燥过程也用于生成结构化材料，诸如应用于再生医学和新型陶瓷生产的支架和基片。在冰冻干燥过程中，将含水样本置于通常为玻璃小瓶的专门容器中并被冰冻。通常，冰冻发生在冰冻干燥器的冷却架上。冰冻后，局部气体压力降低，然后冰冻样本内的冰升华。从样本中去除所有的水后，将小瓶在真空下升温并密封。样本可在环境温度下分布，并通过加水重构。一致的冰核形成是冷冻保存中最大的挑战。当液体被冷却至其熔点时，不会立即发生冰核形成。样本可达到在其熔点以下20℃或更多，而不会发生冰核形成，这种情况被称为“过冷却”或“过冷”。随着样本的温度降低，在某一温度下会发生自发冰核形成并且冰将会在整个样本中扩展。一些类型的细胞是坚固的，并且不会受过冷却的不利影响。但是许多类型的细胞可能被过度的过冷却损坏，这会在解冻后降低细胞生存力。由于冰核形成的可变性质，样本生存力之间可能存在很大差异。这产生各种不利的商业后果：1.保证在冰冻和解冻后样本中存在一定数量的活细胞的公司必须过量填充样本以补偿存活力范围。如果可以减少细胞的变异性(variability)，则需要较低的细胞数量，同时仍然保证最小的存活数目。这将大大降低成本。2.除细胞的变异性之外，如果可以提高整体生存力，则对于相同生产成本而言，总产量将更高。3.使用具有冰冻并解冻的贴壁细胞的多套管板(例如，96个套管的板和384个套管的板)进行高通量筛选对于许多感兴趣类型的细胞(肝细胞、肌细胞、干细胞系等)来说是不可能的。细胞的背景变异性导致“噪声”太多难以识别任何有意义的测试结果。这迫使公司使用制备有贴壁细胞(即未冰冻的)的“新鲜”的多套管板或从单个冰冻源对多套管板进行引晶。这两个选项都会花费大量时间和成本，同时使多套管测试的逻辑复杂化。过冷的水溶液中的冰核形成可通过两种不同的过程发生：1)同质冰核形成简单地通过水体内的随机密度波动发生，充分描述了此类分子簇的生长和消减的历程以及它们作为用于使冰结晶的核的能力。2)异质或促进的冰核形成由与水接触的固态或液态基质催化，其允许吸附的水分子组呈现能够促成冰形成的构型。实际上，冷冻保存样本中的冰核形成通过异质机制发生。为了降低冷冻保存期间经历的冰核形成温度的范围，已经采用了许多物理方法来诱发样本内的冰核形成。1)“引晶”。在早期研究哺乳动物组织培养细胞的基础低温生物学和后来的IVF中，通过将小冰晶物理地引入过冷样本中，对样本进行引晶。为了消除与该程序相关的污染的可能性，现在通常的做法是通过在封闭式冷冻容器的外部手动生成冷点来诱发样本中的冰核形成，并且这仍然被错误地称为“引晶”。2)电冰冻(Electrofreezing)。已经表明施加到金属电极的高电压在过冷却的水中引起冰形成，并且这已经应用于冷冻保存。3)机械方法。摇晃、轻敲、应用超声波可以非常有效地在过冷样本中引入冰。超声波冰核形成已被实现到实验性冰冻干燥器具中。4)“冲击冷却”。在传统的缓慢冷却之后，样本被快速冷却，然后进一步暴露于一组复杂的温度斜坡。很可能在样本的壁处形成“冷点”，从而导致局部的冰核形成。一些速度受控的冷冻机的供应商将冲击冷却特征集成到其器具中。5)压力偏移。该方法已经被应用于冰冻干燥，其中样本被容纳在可以控制压力的腔室中。将样本用氩气加压至28psig，并然后冷却至所需的成核温度，然后将压力降至1psig以诱发成核。这些物理方法难以标准化并集成到常规冷却速率器具中，并且与大量样本或所有样本容器不兼容。另一种方法是使用冰的异质成核剂并将其并入样本容器或悬浮液中。冷冻保存期间的冰核形成已通过将特定的冰核催化剂包含在悬浮介质中得到证明。所检查的冰核剂包括细菌丁香假单胞菌(bacteriumPseudomonassyringae)、结晶胆固醇、包封的碘化银和长石。尽管这些材料是有效的冰核剂，但是它们难以制成符合动态药品生产管理规范(cGMP)的材料，或者不具有生物兼容性，并因此不能在许多应用中使用。此外，在冰冻和解冻之后，有必要去除冰核剂，否则它们可能干扰细胞生存力和功能。目前，没有能将样本中的冰核剂呈现出来以避免这些问题的装置。因此，本申请人已经认识到对用于控制冰形成和冰核形成的改进的装置的需要。专利技术概述根据本专利技术的第一方面，提供了用于执行冰核形成的装置，该装置包括：至少一个壳体，该壳体包括空腔和至少一个可渗透壳体壁；以及包封在空腔内的冰核材料(icenucleatingmaterial)。在实施例中，壳体包括第一可渗透壳体壁和第二可渗透壳体壁。具有两个可渗透壳体壁的优点在于液体接触冰核材料的机会增加，这可加速冰晶的形成。在实施例中，特别是在冰核材料以粉末形式提供的情况下，空腔内很可能存在空气。可渗透壳体壁允许液体进入空腔，并且允许空气从空腔逸出，使得空腔基本上充满液体和冰核材料。这减少了空腔内的压力积聚，并且增加了能够与冰核材料相互作用的液体的量(这从而可能加速冰形成)。在实施例中，第一可渗透壳体壁由第一层形成，并且第二可渗透壳体壁由第二层形成，并且其中，空腔设置在第一层和第二层之间。优选地，第一层和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于执行冰核形成的装置，所述装置包括：至少一个壳体，所述壳体包括空腔和至少一个可渗透壳体壁；以及包封在所述空腔内的冰核材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.16 GB 1506541.01.一种用于执行冰核形成的装置，所述装置包括：至少一个壳体，所述壳体包括空腔和至少一个可渗透壳体壁；以及包封在所述空腔内的冰核材料。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体包括第一可渗透壳体壁和第二可渗透壳体壁。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一可渗透壳体壁由第一层形成，并且所述第二可渗透壳体壁由第二层形成，并且其中，所述空腔设置在所述第一层和所述第二层之间。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一层和所述第二层至少在所述壳体的边缘部分处结合在一起，以将所述冰核材料包封在所述空腔内，所述边缘部分围绕所述空腔。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述壳体由具有第一部分和第二部分的可渗透材料层形成，其中，所述第一可渗透壳体壁由所述可渗透材料层的所述第一部分形成，并且所述第二可渗透壳体壁由所述可渗透材料层的所述第二部分形成，并且其中，所述空腔设置在所述可渗透材料层的所述第一部分和所述第二部分之间。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述可渗透材料层被折叠以在所述可渗透材料层的所述第一部分和所述第二部分之间形成所述空腔，并且其中，所述第一部分和所述第二部分至少在所述壳体的边缘部分处结合在一起以将所述冰核材料包封在所述空腔内，所述边缘部分围绕所述空腔。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体包括壳体主体和可渗透壳体壁，其中，所述空腔设置在所述壳体主体和所述可渗透壳体壁之间。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述壳体主体包括在所述壳体主体的表面中的凹部，所述凹部形成所述空腔，并且其中，所述可渗透壳体壁设置在所述凹部之上并且结合到所述壳体主体的所述表面，以将所述冰核材料包封在所述空腔内。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体包括壳体主体、第一可渗透壳体壁和第二可渗透壳体壁，其中，所述壳体主体为包括通孔的盘状物，所述通孔形成所述空腔，并且其中，所述第一可渗透壳体壁设置在所述通孔之上并结合到所述壳体主体的第一表面，并且所述第二可渗透壳体壁设置在所述通孔之上并结合到所述壳体主体的第二表面，以将所述冰核材料包封在所述空腔内。10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，还包括耦接到所述壳体的杆。11.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，还包括具有第一端和第二端的杆，其中，所述第一端耦接到所述壳体，并且所述第二端耦接到用于容器的盖。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括多套管板，所述多套管板包括：多个套管，以及多个一体式壳体，其中，所述多个一体式壳体中的一个一体式壳体被集成到所述多个套管中的一个套管中。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述一体式壳体包括：一体式壳体壁；一体式可渗透壳体壁；以及在所述一体式壳体壁和所述一体式可渗透壳体壁之间的一体式空腔，其中，所述一体式空腔容纳冰核材料。14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述一体式壳体壁由所述套管的侧壁的至少一部分形成。15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述一体式壳体壁至少由所述套管的底壁形成。16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述套管的所述底壁包括在内表面中的凹部，所述凹部形成所述一体式空腔，并且其中，所述一体式可渗透壳体壁设...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·约翰·莫里斯，斯蒂芬·詹姆斯·兰姆，
申请(专利权)人：阿西姆普托特有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB