一种用于孵育生物材料的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于孵育活的生物材料(2)的设备(200)；所述设备包括：壳体(4)，具有在纵向方向X上、在横向方向Y上以及在与纵向方向和横向方向垂直的方向Z上的延伸，所述壳体包括：两个或更多个培养皿隔室(6)，每个所述隔室适于容纳包括生物材料(2)的一个或多个培养皿(8)；其中，所述设备包括图像捕获装备(10)；其中，所述设备包括用于控制其操作的控制单元(12)；其中，所述图像捕获装备的至少一部分配置成可相对于所述两个或更多个培养皿隔室(6)移动，从而允许捕获容纳在所述一个或多个培养皿(8)中的一个或多个所述生物材料(2)的图像；以及其中，所述设备包括FLIM单元(11)(荧光寿命成像显微镜)；其中，所述FLIM单元(11)的至少一部分配置成可相对于所述两个或更多个培养皿隔室(6)移动，从而允许捕获容纳在所述一个或多个培养皿(8)中的一个或多个所述生物材料(2)的FLIM谱。

A device for incubating biomaterials

The present invention relates to a device (200) for incubating living biomaterials (2). The device comprises a shell (4) having an extension in the longitudinal direction X, in the transverse direction Y and in the direction Z perpendicular to the longitudinal direction and the transverse direction. The shell comprises two or more Petri dish compartments (6), each of which is suitable for accommodating one or more of the biological materials (2). A Petri dish (8), wherein the device includes an image capture device (10), wherein the device includes a control unit (12) for controlling its operation, wherein at least a portion of the image capture device is configured to be movable relative to the two or more Petri dish compartments (6), thereby allowing the capture of one or more of the Petri dishes (8). The image of the biomaterial (2) and the apparatus therein comprise a FLIM unit (11) (fluorescence lifetime imaging microscope); in which at least a portion of the FLIM unit (11) is configured to move relative to the two or more Petri dish compartments (6), thereby allowing the capture of FLIM spectra containing one or more of the biomaterials (2) in the one or more Petri dishes (8).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于孵育生物材料的设备
本专利技术涉及体外受精领域。更特别地，本专利技术在第一方面涉及用于孵育生物材料的设备。在第二方面，本专利技术涉及用于孵育生物材料的系统。在第三方面，本专利技术涉及根据第一方面的设备或者根据第二方面的系统用于孵育生物材料的用途。在第四方面，本专利技术涉及评估用于活的生物材料的最佳孵育条件的方法。在第五方面，本专利技术涉及用于在生物材料的阵列中选择具有最高质量的特定生物材料的方法。
技术介绍
在过去的几十年中，体外受精(IVF)的发展使得方法和技术显著改进，从而引起在来自这些技术的成功分娩率提高方面的成功率提高。体外受精包括从雌性卵巢获取成熟的卵子、用精子使卵巢受精、在受控制的环境下孵育受精卵并且然后将受精并孵育的卵子移入雌性子宫中。由于体外受精最常由众所周知地以自然方式怀孕有问题的雌性或夫妇使用，因此意味着夫妇的雄性或雌性配偶或两者具有一定程度的生育能力的降低，并且由于在体外受精技术中涉及相当昂贵的程序，这些体外受精技术通常以寻求优化效率的方式进行，尤其是考虑到为了获得成功的怀孕，经常必需将受精卵多次移入雌性子宫这一事实。因此，为了使得体外受精技术有效，一般在从雌性卵巢中获取卵子之前对该雌性进行激素处理。这种激素处理将使雌性卵巢不仅排卵一个卵子，而是同时排卵多个卵子。为了增加活的且成功的怀孕的机会，来自同一雌性的多个卵子将相应地受精并在培养箱中同时孵育。现有技术的培养箱包括可以在温度、湿度和气氛组成方面进行控制的隔室。大多数培养箱的隔室允许容纳包括受精卵的多个培养皿。然而，进行成功的体外受精和卵孵育并非易事。体外受精成功率相当低的一个主要原因是缺乏可靠的方法来选择最高质量的胚胎以进行转移。缺乏评估胚胎质量的方法已引起大量努力开发胚胎存活率的改进的测定。目前最可靠的用于预测胚胎质量的方法是在转移之前使用标准的透射光显微系统检查胚胎的形态。在用于检查胚胎形态质量的方法中，在现有技术的培养箱中提供有摄像机装置，并且这些摄像机装置可以配备有显微光学器件，这允许通过视图捕捉每一个受精卵的特写图像以仅选择那些展示出正常或健康的发育的卵子，并且仅将这些卵子移入雌性的子宫。近年来，通常的做法是将摄像机装置配备延时图像处理装置，以便更好的选择合适的受精卵用于随后的移入子宫。延时成像提供了对可见的物理发展的视觉研究，诸如细胞在不同阶段的分裂时间、细胞分裂的总体速度。对纺锤体的研究可以代表评估胚胎中这种发育阶段的另一种模式。然而，选择准则一般仍然是主观的，并且仅带来～35％的成功率。新提出的基于非显微镜的方法使用基于基因组、转录组或蛋白质组的测定，需要对胚胎进行活组织检查，并且因此是侵入性的且显著降低了胚胎的存活率。最初显示出潜力的代谢组学途径是通过测量胚胎培养基中的代谢物的变化来测定胚胎的代谢状态。然而，前瞻性随机试验最近未能表明这种代谢组学评估的使用相对于单独的形态学评估改善了选择。为了提高母亲和胎儿的安全性，并且也为了通过降低为了怀孕必须尝试的植入次数并且还通过降低多次妊娠降低辅助生殖技术的成本，优选应用微创的、简单的且可靠的方法来评估胚胎或卵母细胞的存活率。尽管在可见光谱中使用图像捕获的延时图像的捕获可能已经被证明对于在体外受精技术中在监测生物样品的发育领域内的某些应用是有用的，但是这种图像捕获装置存在严重的缺陷。这些缺点存在于以下事实:使用在可见光谱中工作的延时图像捕获装备,实际上仅最接近图像捕获装备的光学器件的物镜的生物材料的部分是可见的并且因此被图像捕获装备捕获。换句话说，最接近图像捕获装备的光学器件的物镜的生物材料将会遮蔽光学器件，以这样的方式使得生物样品的下层不可见，并且因此不能提供与生物材料的发育有关的重要的且有兴趣的信息。结果是，当监测生物样品的发育时，在使用在可见光谱中工作的延时图像捕获装备中，在不邻近图像捕获装备的光学器件的物镜的区域中发生的生物样品的重要物理变化可能无法检测，并且因此使用在用于监测生物样品的延时图像捕获装备中可见光谱中的光搜索的信息可能相当有限。近年来，已经开发了替代的显微技术。该技术称为荧光寿命成像显微术(FLIM)。在荧光寿命成像显微术中，通过使生物样品经受非常短的电磁辐射脉冲使得生物材料的荧光团进入激发状态。随后，在一定的延迟时间内，荧光团返回其能量基态，导致发射电磁辐射。在一方面电磁辐射的短脉冲和另一方面来自荧光团的电磁辐射的发射之间的时间跨度将指示活的生物材料的的代谢状态，在该代谢状态中许多参与生物材料代谢的天然存在的物质为荧光团。这样的荧光团的实例是烟碱酰胺腺嘌呤(NADH)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。因此，在荧光寿命成像中，图像基于来自荧光样品的激发态衰减率的差异产生。因此，FLIM是一种荧光成像技术，其中对比度基于单独的荧光团的寿命而不是它们的发射波谱。荧光寿命定义为分子在通过发射光子返回基态之前保持在激发态的平均时间。将时间相关单光子计数(TCSPC)用于确定荧光寿命。在TCSPC中，测量样品被脉冲激光激发与发射的光子到达检测器之间的时间。TCSPC需要确定的“启动”，由电子设备控制激光脉冲或光电二极管提供，以及确定的“停止”信号，通过单光子敏感检测器(例如单光子雪崩二极管，SPAD)检测实现。对该时间延迟进行多次重复测量，以解释荧光团发射的统计性质。延迟时间被分类为直方图，该直方图描绘了在激发脉冲之后发射随时间的发生。为了获得荧光寿命图像，光子必需归于不同的像素，这通过除了相对于激光脉冲的相对到达时间以外，还存储光子的绝对到达时间来完成。另外记录来自共焦显微镜的扫描仪的线和帧标记信号，以便将光子的时间流分类到不同的像素中。具有客观测量的足够代谢状态的细胞(该足够代谢状态如结合的蛋白质和/或游离NAHD或结合的蛋白质和/或游离FAD的荧光寿命所示)表明卵母细胞或胚胎可以被选择用于体外受精或植入，并且体外受精或植入中，如果代谢状态不足则卵母细胞/胚胎可以被丢弃。因此，通过记录相对于赋予荧光团的其已经经历的辐射脉冲的时间的来自荧光团的电磁辐射的发射延迟，可以获得生物材料的图，从而甚至可以研究未在生物材料表面中或表面上的区域。这种作图可用于将一生物材料的代谢状态与另一生物材料的代谢状态相比较。然而，当进行这种比较时，在获得可靠结果方面，所比较的生物材料处于可比较的发育阶段是重要的。也就是说，为了通过FLIM谱提供关于例如两个不同的活的生物材料的比较分析，需要确保两个活的生物材料处于可比较的发育阶段，否则如FLIM谱所表达的生物材料的代谢阶段无法真正比较。本专利技术的目的在于提供用于在严格控制的环境条件下，诸如与温度和周围气氛的组成有关的条件下，改进研究生物样品发育的设备、用途和方法。特别地，本专利技术旨在提供用于确定胚胎或卵母细胞形式的活的生物体材料的最佳孵育条件的设备、用途和方法，该胚胎或卵母细胞将移入人类雌性的子宫中。
技术实现思路
在本专利技术的各个方面已经满足了该目的。因此，本专利技术在第一方面涉及用于孵育活的生物材料的设备；所述设备包括：壳体，在纵向方向上、在横向方向上以及在与纵向方向和横向方向垂直的方向上延伸，所述壳体包括：两个或更多个培养皿隔室，每个隔室适于容纳包括生物材料的一个或多个培养皿；其中，所述设备包括图像捕获装备；其中，所述设备包括用于控制其操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于孵育活的生物材料(2)的设备(200)；所述设备包括：壳体(4)，在纵向方向X上、在横向方向Y上以及在与所述纵向方向和所述横向方向垂直的方向Z上的延伸，所述壳体包括：两个或更多个培养皿隔室(6)，每个所述隔室适于容纳包括生物材料(2)的一个或多个培养皿(8)；其中，所述设备包括图像捕获装备(10)；其中，所述设备包括用于控制其操作的控制单元(12)；其中，所述图像捕获装备的至少一部分配置成可相对于所述两个或更多个培养皿隔室(6)移动，从而允许捕获容纳在所述一个或多个培养皿(8)中的一个或多个所述生物材料(2)的图像；以及其中，所述设备包括FLIM单元(11)(荧光寿命成像显微镜)；其中，所述FLIM单元(11)的至少一部分配置成可相对于所述两个或更多个培养皿隔室(6)移动，从而允许捕获容纳在所述一个或多个培养皿(8)中的一个或多个所述生物材料(2)的FLIM谱。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 DK PA2016003901.一种用于孵育活的生物材料(2)的设备(200)；所述设备包括：壳体(4)，在纵向方向X上、在横向方向Y上以及在与所述纵向方向和所述横向方向垂直的方向Z上的延伸，所述壳体包括：两个或更多个培养皿隔室(6)，每个所述隔室适于容纳包括生物材料(2)的一个或多个培养皿(8)；其中，所述设备包括图像捕获装备(10)；其中，所述设备包括用于控制其操作的控制单元(12)；其中，所述图像捕获装备的至少一部分配置成可相对于所述两个或更多个培养皿隔室(6)移动，从而允许捕获容纳在所述一个或多个培养皿(8)中的一个或多个所述生物材料(2)的图像；以及其中，所述设备包括FLIM单元(11)(荧光寿命成像显微镜)；其中，所述FLIM单元(11)的至少一部分配置成可相对于所述两个或更多个培养皿隔室(6)移动，从而允许捕获容纳在所述一个或多个培养皿(8)中的一个或多个所述生物材料(2)的FLIM谱。2.根据权利要求1所述的设备(200)，其中，单独的培养皿隔室(6)的数目为2-25，例如3-24，诸如4-23，例如5-22，诸如6-21，例如7-20或8-19，例如9-18，诸如10-17，例如11-16，诸如12-15或13-14个单独的培养皿隔室。3.根据权利要求1或2所述的设备(200)，其中，一个或多个所述单独的培养皿隔室(6)，优选所有所述培养皿隔室包括其自己的单独的盖子(14)，其中，每个所述盖子配置成能够在打开配置和封闭配置之间切换，所述打开配置提供对对应的培养皿隔室(6)的访问，在所述封闭配置中对应的培养皿隔室密封与周围环境隔离。4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备(200)，还包括温度调节装置(16)，用于对一个或多个所述单独的培养皿隔室(6)中的，优选每个所述单独的培养皿隔室中的温度进行单独和独立地调节。5.根据权利要求4所述的设备(200)，其中，所述温度调节装置(16)独立地包括加热装置(18)，诸如一个或多个电加热元件；和/或冷却装置(20)，诸如一个或多个帕尔贴元件。6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备(200)，还包括气体组成调节装置(22)，用于单独调节在一个或多个所述单独的培养皿隔室(6)的，优选地，在每个所述单独的培养皿隔室中的气体组成，诸如氧气、二氧化碳和/或氮气的浓度。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(200)，其中，所述设备包括用于从外部源，诸如从气瓶供应一种或多种类型的不同气体的装置。8.根据权利要求7所述的设备(200)，其中，所述装置是阀门(48、50)，用于调节进入所述设备的气体流。9.根据权利要求8所述的设备(200)，包括用于所述一种或多种气体的气体混合箱(40)。10.根据权利要求9所述的设备(200)，其中，所述气体混合箱包括CO2传感器(58)，诸如NDIRCO2传感器；和O2传感器(60)，诸如医疗级化学O2传感器，并且还包括一个或多个导管(42)，用于将气体从所述气体混合箱(40)引导至一个或多个所述分开的培养皿隔室(6)。11.根据权利要求10所述的设备(200)，其中，两个或更多个培养皿隔室(6)共用相同的气体混合箱(40)；或者其中每个培养皿隔室(6)分配有其自己的单独的气体混合箱(40)。12.根据权利要求7-11中任一项所述的设备200，其中，所述设备包括用于使所述一种或多种气体或气体混合物经受UV辐射，诸如UV-C辐射的装置(52)，所述装置任选地包括滤光器用于过滤掉可以导致产生臭氧的UV辐射，诸如具有的波长为175-195nm的UV辐射，诸如具有的波长为180-190nm的UV辐射。13.根据权利要求7-12中任一项所述的设备(200)，还包括用于在进入所述培养皿隔室(6)之前过滤所述气体或气体混合物的装置(44)，诸如HEPA过滤器和/或碳过滤器。14.根据权利要求7-13中任一项所述的设备200，其中，关于一个或多个所述培养皿隔室的所述设备包括一个或多个导管(66)，用于将气体从所述培养皿隔室(6)引导至气体混合箱(40)。15.根据前述权利要求中任一项所述的设备(200)，其中，关于一个或多个所述单独的培养皿隔室(6)，优选地关于每个单独的培养皿隔室，所述单独的培养皿隔室包括用于承载培养皿的透明架子(24)；并且其中，所述图像捕获装备(10)和所述FLIM单元(11)或者至少其发送和接收电磁辐射的部分，布置在所述架子下方并且适于可移动的，以便能够通过所述架子(24)将电磁辐射传输至所述生物材料(2)，和/或捕获来自所述生物材料的电磁辐射，所述生物材料容纳在任何所述培养皿(8)中，所述培养皿容纳在任何所述培养皿隔室(6)中。16.根据前述权利要求中任一项所述的设备(200)，其中，关于一个或多个所述单独的培养皿隔室(6)，优选关于每个单独的培养皿隔室，所述单独的培养皿隔室独立地包括以下的一个或多个：pH传感器(26)、温度传感器(28)、氧传感器(30)和二氧化碳传感器(30)。17.根据前述权利要求中任一项所述的设备(200)，其中，用于控制所述设备的操作的所述控制单元(12)配置成独立地控制以下中的一个或多个：关于一个或多个所述培养皿隔室的所述温度调节装置(16、18、20)；关于一个或多个所述培养皿隔室的所述气体组成调节装置(22)；所述图像捕获装备(10)；或所述FLIM单元。18.根据前述权利要求中任一项所述的设备(200)，其中，所述控制单元(12)配置为允许用户输入将要由所述设备遵循的预确定的操作方案；并且其中所述控制单元配置为根据所述方案控制所述设备。19.根据前述权利要求中任一项所述的设备(200)，其中，所述设备包括输入装置(32)，诸如字母数字键盘，用于允许用户编程和选择将要由所述设备遵循的一个或多个操作方案；和/或允许用户编程将要由所述设备遵循的特定方案。20.根据前述权利要求中任一项所述的设备(200)，其中，所述设备包括显示器(34)，用于向操作者显示与所述设备操作的状态和进展有关的细节。21.根据权利要求1-20中任一项所述的设备(200)，其中，所述设备还包括图像处理单元(36)，用于处理由所述图像捕获装备(10)捕获的图像；和/或所述设备还包括波谱数据处理单元，用于处理与由所述FLIM单元(11)捕获的电磁辐射有关的信息。22.根据权利要求21所述的设备(200)，其中，所述图像处理单元(36)配置为根据由所述图像捕获装备捕获的图像提供正在孵育的所述生物材料的一种或多种特定生物材料(2)的延时图像序列。23.根据权利要求21所述的设备(200)，其中，所述波谱数据处理单元配置为能够对由所述FLIM单元(11)捕获的两个识别的波谱之间的差异的进行分析。24.根据权利要求1-23中任一项所述的设备(200)，其中，所述FLIM单元独立地包括以下元件中的一个或多个：-激光源，诸如脉冲激光源，诸如二极管激光器或多光子激发激光器；-单光子敏感检测器；-二向色镜(用于从所述激发光中分离荧光信号)；-物镜(用于将激发光集中到样品中和/或用于收集荧光信号)；-用于控制所述FLIM单元的控制系统。25.根据权利要求24所述的设备(200)，其中，所述激光源被耦连到用于传送电磁辐射的光学装置，诸如一个或多个光纤，所述光学装置包括配置成指向靠近所述生物材料的远端，用于通过发送传送电磁辐射。26.根据权利要求24或25所述的设备(200)，其中，所述单光子敏感检测器独立地被耦连到用于传送电磁辐射的光学装置，诸如一个或多个光纤，所述光学装置包括配置成指向所述生物材料的远端，用于通过接收传送电磁辐射。27.根据前述权利要求中任一项所述的设备(200)，其中，所述FLIM单元配置为用于参与所述生物材料代谢的烟碱酰胺腺嘌呤(NADH)的自发荧光和/或黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的自发荧光。28.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·威廉·彼泽森，
申请(专利权)人：ESCO医用有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK