CN103179852A - 改良的显微操作和储存装置以及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于生物材料的显微操作的装置，所述装置包括具有贮器（2）的容器（1），其中所述容器具有在所述贮器的一部分中形成的通道（3），所述通道包括设定尺寸来阻止所述生物材料通过但允许液体处理溶液通过的中间限制（4）。

Description

改良的显微操作和储存装置以及方法

相关申请的交叉参考

本申请要求来自美国临时专利申请No.61/349,296的优先权，在此将其内容引入作为参考。

发明介绍

本发明涉及用于生物材料的显微操作的装置和方法，并且特别涉及用于生物材料的冷冻保存的装置和方法，所述生物材料包括人和非人卵母细胞、胚胎、精子、干细胞和胚泡。

尽管已经开发了本发明并且一系列生物材料在各种显微操作情况和技术中有应用，但发现了特别的应用，用于通过如在体外受精（IVF）程序等过程中所应用的玻璃化的人卵母细胞、胚胎、桑椹胚、精子和干细胞的冷冻保存中。

发明背景

所涉及的并用于人和动物胚胎的冷冻保存的技术是沿用已久的，并且使用合适的技能和专门知识，目前的技术已经在体外受精程序的可行性上获得了极大的提高，并且取得了成功。

就该说明书而言，术语“冷冻”和“玻璃化”被认为具有以下定义：

“冷冻”是液体至固态的冷却，其可以包括结晶。

“玻璃化”是液体至固态的冷却，但没有结晶。

所了解和应用的技术涉及胚胎的收集和冷冻保存，其中多个步骤涉及卵母细胞的收集和提取、其体外受精以及随后这样的受精卵和所得到的胚胎和/或后期胚泡的冷冻和保存。所需的多数步骤和操作阶段很大程度上依赖于技术操作者的高水平专业知识和技能。胚胎或胚泡一旦冷冻，随后可以在需要时获得，并且能够被融化并转移至受体，由此成功移植至子宫可导致胎儿和所产生后代的正常发育。

最近，这种冷冻保存技术已经成功地应用于未受精的卵和卵母细胞。卵母细胞冷冻保存涉及来自未受精卵状态的供体雌性的卵或卵母细胞的收集、冷冻和保存。然后可以从保存库取出这些冷冻的卵，融化并且在需要时可用于受精并转移至供体。

应用于卵母细胞而不是受精卵和胚胎的冷冻保存技术具有某些伦理和医学优势，并且已经接受了增加的研究和实验来改善所涉及的技术。

冷冻保存的过程，特别是当应用于“活的”生物材料时，涉及对所讨论生物材料的高度损伤，特别是考虑到根据现有技术所需的多个操作步骤。除了作为物理操作的结果所经历的损伤，除了在通过多种处理化学溶液的移动过程中经历的渗透冲击和中毒性休克，生物材料还接受了在冷冻过程中潜在的冰晶形成。

为了慎重地启动远离生物材料本身的冰晶的形成，制备冷冻生物材料的传统方法包括将材料及其周围的溶液缓慢冷却至储存温度。由于冰晶的连续形成，该传统方法不是最佳的。已经研发了可替换的“玻璃化”方法来解决冰晶形成问题，然而，为了成功的完成，玻璃化需要相当高的技术技能。玻璃化涉及处理溶液转化成不含任何晶体结构的玻璃样无定形固体，接着是非常快速的冷却。非常快速的冷却使得该溶液能够获得玻璃样无定形状态。

该冷冻或玻璃化的传统方法的应用涉及化合物和溶液的使用，将其加入生物材料中，使得冷冻处理过程中的细胞损伤最小化。这些化合物和溶液被称为冷冻保护剂，并且包括渗透和非渗透溶液。渗透性冷冻保护剂是容易透过生物材料膜的小分子，与生物材料的水分子形成氢键，目的在于防止其冰结晶。这样的渗透性冷冻保护剂的实例是乙二醇（EG）、二甲基亚砜（DMSO）和甘油。在水中低浓度下，这些渗透性冷冻保护剂可降低所得到溶液的冷冻温度，并且有助于防止和最小化冰结晶。在较高浓度下，其在不同的冷却速率下可能不同，这样的渗透性冷冻保护剂可抑制典型冰晶的形成，并且会导致固体玻璃样或玻璃化状态的产生，其中在结晶或膨胀之前水被固化。这些渗透性冷冻保护剂的毒性随着其递增的浓度而增加，并且对所研究的生物材料是潜在毒性的，因此，该生物材料必须在非常短的时间段内最少地暴露于渗透性冷冻保护剂，或者，暴露在低温下，由此使所研究的生物材料的代谢速率降低。

与渗透性冷冻保护剂相反，非渗透性冷冻保护剂保持在细胞外。非渗透性冷冻保护剂的一些实例包括双糖、海藻糖和蔗糖。双糖冷冻保护剂通过从生物材料内抽提出游离水并且将胞内空间脱水来起作用。所产生的脱水作用使其可以与渗透性冷冻保护剂结合使用，使得渗透性冷冻保护剂的净浓度在胞内空间中能够提高。这些技术进一步帮助渗透性冷冻保护剂防止或最小化冰晶形成。

在玻璃化方法的过程中，可以加入高浓度的渗透性冷冻保护剂，同时将生物材料的温度控制在高于冷冻的预定水平。然而，因为这些高浓度的渗透性冷冻保护剂的毒性可能是相当大的，因此不可能将生物材料在这样的温度下保持延长的时间段。或者，为了平衡，可以缩短时间，此后将包括卵母细胞或胚胎的生物材料直接投入液氮中，以实现冷冻。非常快的冷却速率使冷冻保护剂对生物材料的负面影响最小化，也使因给予希望的玻璃化导致的冰晶形成最小化。

玻璃化方法涉及将生物材料暴露于至少三种玻璃化溶液中。通常将玻璃化溶液加入多孔培养皿的连续孔中，其中将培养皿和溶液温热至预定温度，该温度根据所研究生物材料的需求来决定。

在典型的实验方案中，将生物材料物理地转移至第一个孔中的第一种溶液中，然后使用细胞吸移装置将生物材料或细胞物理地移动通过所研究的溶液进行洗涤。在预定的时间段内在第二个、第三个和第四个孔中重复洗涤过程，直至认为生物材料或细胞已经为冷冻保存作好准备。然后使用移液管或其他操作设备，用预定量的玻璃化溶液物理地吸出生物材料。然后将含有待玻璃化的生物材料或细胞的液滴吸移至玻璃化设备上。然后将附着有液滴和生物材料的玻璃化设备物理地转移并且直接投入液氮中或置于已经用液氮预冷的玻璃化模块的表面上。一旦生物材料和携带流体玻璃化，就将玻璃化设备插入位于玻璃化模块狭缝中的预冷吸管或其他存储设备中，用于随后转移至液氮或液氮蒸汽中长期冷存储。

各种玻璃化装置可用于在冷冻保存方法过程中操作样品。一些使用移液管型设备，其中将样品吸入空心管中，然后将其直接投入溶液或液氮中。这样的设备由Irvine scientific投放市场，并且作为

来销售。

其他使用环/钩型设备，其将具有由塑料或金属线制得的封闭环或开口的钩子粘在茎干的末端，并且将其用于获得生物材料。这样的设备由Cryologic以商品名fibreplug或Cryoloop来销售，如WO00/21365中所限定的。

如国际申请WO02/085110中所公开的其他工具“Cryotop”是连接一片塑料的弹性条带。其中，将样品置于条带上，然后直接投入液氮中。

目前的现有技术需要使用多重装置的许多胚胎操作步骤；每一个操作步骤都使失去胚胎的机会增加。预计1-2%的胚胎丧失是由玻璃化步骤过程中的操作引起的。

与之前所述的方法相关的损伤，特别是由重复的物理操作和包括卵、细胞、胚胎和胚泡的非常精细的生物材料的操作引起的损伤影响之前所述过程和方法的存活率，并且因此影响成功。此外，活胚胎的物理动力学引起快速生长和胚胎形状的改变，这进一步挑战了这些生物材料的任何操作，特别是，自动化操作。许多自动化需要控制这样的动力学以及控制各种不同的胚胎类型、快速的流体移动和高量程的流体粘度。显然，为了使成功的机会最大化并且使对待操作的材料引起的损伤最小化，除了使应用于生物材料的不同洗涤液的数量和程度最小化，非常希望使这些精细材料的物理操作减至绝对的最小化。

培养是在受精后使胚胎生长至4、5或6天的技术，以帮助选择用于转移的最佳质量的胚胎。长期的培养可以增加成功怀孕的可能性。

本发明的一个目的是提供用于生物材料的显微操作和储存的改良的装置和方法，包括但不限于这些材料的培养和冷冻保存。

本发明的另一个目的是使用自动化控制洗涤实验方案次数和减少胚胎的操作，由此实现全部自动化。

发明简述

在第一个方面中，本发明提供了用于一种或多种生物材料的显微操作的装置，所述装置包括具有贮器的容器，其中所述容器具有在所述贮器的一部分中形成的通道，所述通道包括设定尺寸来阻止所述生物材料通过但允许液体处理溶液通过的中间限制。该限制可以包括通常垂直的通道或通常水平的平台。该中间限制可以包括通道的物理狭窄、部分阻塞通道的孔或一个或多个断片或其他部分阻断原件。液体处理溶液可以包括培养基、冷冻保存介质、融化介质、玻璃化介质、受精介质或缓冲液。

容器优选是敞口的，在其底部具有形成的通道。通道最优选在限制的任一端具有子贮器。容器优选由具有高的热传导性和扩散性的材料形成，在子贮器和通道区域，对于高传导性，特别优选。容器优选包括适于将开口密封的帽子或盖子，作为分开的盖子或整体连接的盖子。

该装置可以包括用于所述容器的支架。

该容器或支架优选包括适于接收条形码或其他标记的部分。

容器材料优选地选自能够被灭菌并且是生物惰性的材料，使得不会对生物材料造成污染。容器材料优选具有高的热扩散性，并且最优选为1mm至0.05mm厚。

在另一个方面中，本发明提供了一种装置，其是自动化的冷冻保存设备，包括用于一个或多个之前所述容器的构造，其中该装置进一步包括用玻璃化和/或其他处理溶液来冲洗捕获的生物材料的元件和将捕获的生物材料玻璃化的元件。

在另一个方面中，本发明提供了一种半自动化设备，包括用于一个或多个之前所述容器的构造，其中该装置包括用预玻璃化或玻璃化处理溶液和射流来冲洗捕获的生物材料的元件，以制备用于玻璃化的捕获生物材料。

在另一个方面中，本发明提供了一种生物材料的冷冻保存方法，包括步骤：

·将生物材料引入之前所述容器的一个子贮器区域中，并用一系列的从其他子贮器（在引入胚胎的通道的另一末端）引入和排出的玻璃化溶液冲洗和排出生物材料，

·最终从容器中排出所述冲洗溶液，

·将容器和捕获的生物材料玻璃化。

在另一个方面中，本发明提供了一种生物材料的冷冻保存方法，包括下列步骤：

·将生物材料引入之前所述的容器的一个子贮器区域中，并用一系列的从其他子贮器（在引入胚胎的通道的另一末端）引入和排出的玻璃化溶液冲洗和排出生物材料，

·分配最少的最终玻璃化溶液，

·将容器和捕获的生物材料玻璃化。

这一系列的玻璃化溶液优选包括递增的选自乙二醇（EG）、二甲基亚砜（DMSO）、甘油、双糖、海藻糖和蔗糖的非渗透和渗透性冷冻保护剂，以增强所述生物材料沉到所述子贮器区域的底部，使得在玻璃化或冷冻之前，排出最大化和冲洗溶液停留最小化。

在另一个方面中，本发明提供了生物材料的预玻璃化处理方法，所述方法包括下列步骤：

·将所述生物材料引入之前所述装置的贮器区域中，用于在所述容器的通道区域中捕获；

·用培养或预玻璃化溶液和射流技术冲洗和排出所述生物材料。

在另一个方面中，本发明提供了融化玻璃化生物材料的方法，并且该方法包括下列步骤：

·从冷却溶液中取出之前所述的装置中的玻璃化生物材料；

·通过在受热溶液中加热来融化容器和捕获生物材料；

·加热也可以施用于容器表面或周围的空气；

·用一系列从所述容器的贮器区域引入并排出的融化溶液冲洗和排出所述捕获生物材料；

·排出所述冲洗溶液；

·从所述容器回收融化的生物材料。

在另一个方面中，本发明提供了储存冷冻保存生物材料的方法，包括下列步骤：

·将所述生物材料引入之前所述的装置的贮器区域中，用于在通道区域或所述容器中捕获；

·用一系列从另一个子贮器（在引入胚胎的通道的另一末端）引入和排出的玻璃化溶液冲洗和排出所述捕获的生物材料；

·最终从所述容器排出所述冲洗溶液；

·将所述容器和捕获的生物材料玻璃化；

·将所述容器和捕获的生物材料储存在储存设备中，直至将生物材料去玻璃化。

在另一个方面中，本发明提供了融化冷冻或玻璃化生物样品的方法，包括通过使用融化溶液，次序颠倒地进行之前所述的方法。

本发明中包括的文献、条例、材料、装置、论文等的任何讨论只是为了提供用于本发明的内容的目的。不应被认为是承认这些主题的任何一个或全部构成现有技术基础的一部分或是本发明相关领域中的公知常识，因为其在本申请的每个权利要求的优先权日之前就已经存在。

在整个说明书中，词语“包括（comprise）”或变形，如“包括（comprises）”或“包括（comprising）”，将被理解为表示包括所述的要素、整体或步骤，或要素、整体或步骤的组，但不排除任何其他要素、整体或步骤，或要素、整体或步骤的组。

图例

1．容器

2．贮器

3．通道

4．限制

5．敞开的顶部

6．底部

7．子贮器

8．通道末端

9．帽子或盖子

10．标记平台

11．支撑框

12．盒子

13．铰链

14．断片

15．支架

16．装填器

附图简述

图1显示了容器的透视图；

图2显示了开口容器的俯视图；

图3显示了容器的侧视图；

图4显示了容器的端视图；

图5显示了带有断片的容器的透视图；

图6显示了带有断片的容器的俯视图；

图7显示了带有断片的容器的侧视图；

图8显示了带有断片的容器的端视图；

图9显示了容器和支架；

图10显示了可替换的支架和帽子；

图11显示了适于支架中的容器的帽子；

图12显示了具有整体帽子的容器支架；

图13显示了具有密封帽子的支架；

图14显示了可替换的帽子或盖子；

图15显示了带有把手的帽子或盖子；

图16显示了具有可撕开口的帽子或盖子；

图17显示了支架和容器盒；

图18显示了储存装填器；

图19显示了可替换的储存装填器；

图20显示了层叠式装填器；

图21显示了Dewar储存装填器；

图22显示了罐储存系统。

发明详述

现在将参照图例和附图，在人体外受精和生物材料（受精的人胚胎）操作的情况下来描述本发明，但是本发明的范围可以宽泛地拓展至各种用于生物材料的显微操作技术，其中可以使用本发明的装置方便地操作和控制所研究的生物材料，并且接受各种加工步骤和程序，而不需要从本发明的装置提供的限制和安全设施中物理地移出。

在其最宽的方面中，本发明提供了一种用于接收并安全地容纳人胚胎或其他生物材料样品的方便容纳容器。容器1形成为具有内部贮器2的单式中空体容器。该容器优选设定尺寸为小规模，而贮器占据了大部分的容器。优选的容器小尺寸特别有利，使得生物材料的加工和玻璃化所需的处理溶液的小型化和极小化。优选的处理溶液体积为0.1ul-100ul，更优选0.5ul-10ul。该容器优选具有敞开的顶部5，直接通入贮器2，敞开的顶部提供了用于引入胚胎或其他生物材料的现成通道，并且对于待使用的处理溶液的引入和冲洗也是容易的入口。

该容器通常优选是椭圆形的，并且包括在其底部6中形成的通道区域3。通道区域优选包括容器底部6的双升高部分，其纵向延伸，并且包括朝向其中央形成的限制4。这样，内部形成的通道给引入的处理溶液提供了预备的流程，引入的处理溶液可以引入贮器中并且沿着通道从一端8至另一端8进行冲洗。随着更多的处理溶液引入贮器中，该流程越过通道移动至贮器的空腔中。通道的提供在容器的两端形成了两个子贮器7，与通道连通并且与通道形成整体。通道在其中部或中央或中部或中央的附近具有限制4，将其设定尺寸来阻止人胚胎的通过或阻止打算使用的任何生物材料的通过。最优选将限制尺寸设定为阻止但不是完全禁止人胚胎的通过，而是将尺寸设定为促使人胚胎停留在一个子存储内，那里的表面张力和流体动力学的作用促使胚胎停留在一个或另一个子贮器中，而不是随着处理液体冲入贮器并通过通道而从一个子贮器移动至另一个中。

随着流体从含有胚胎的子贮器中通过通道流出，通道的尺寸和横截面以“盲区（dead pocket）”的方式限制流体在特定部分的移动。该部分是基于容器，在较宽的子贮器逐渐转变成较窄的通道的附近。这种构造使得捕获的胚胎限制在一端，并且最小化了冲洗胚胎所需的处理溶液。

贮器优选是对称的-当流体消退部分离通道的中线比上述的限制流动部分更远时（即，实际上在子贮器中），因为其更远，将流体保持在通道中的表面张力克服了将流体连接消退的表面张力。流体最终“破坏”，留下含有胚胎的残余体积在通道中。残余体积对于胚胎的快速玻璃化足够小。

容纳容器的几何学有助于流体移动的流动特征并且有助于胚胎的控制和操作。例如，流体的消退对于通道太近，将冒着全部排出通道并且失去胚胎的风险。相反，如果流体消退离通道太远，太多流体将留在后面，这可能损害快速玻璃化。此外，流体消退的速率对于确保存在“盲区”是重要的。

子贮器的底优选朝向通道倾斜，使得重力能够来帮助胚胎置于“盲区”中。倾斜优选没有持续至通道中，但最优选具有较为平坦的底部，以适当地防止胚胎进入通道中。

参照图5至8，在特别优选的实施方案中，可以通过提供一个或多个在中间限制4中形成的断片14来提供“盲区”，其中断片14包括一个或多个较小的锯齿状缺口，将其大小设定成捕获中间限制4内的小凹穴中的生物材料或胚胎。这样，断片14提供了各种优势，包括提供固定和特定的位置，给最终使用者来放置插入本发明装置中的生物材料。断片14提供了特定的位置，并且帮助确保生物材料在流体交换的操作过程中最后被放置在高度特定的位置。断片14进一步提供了屏障，以防止胚胎或生物材料被吸走。两个断片的提供使得可以不对称放置，其中将第一个断片置于限制的开始处，而第二个断片置于限制的中间。

此外，断片14的提供使得可以最大化地除去之前的冲洗溶液，并且特别地，断片14使得可以高度控制捕获的生物材料或胚胎周围的剩余溶液的体积，并且因此使得可以可靠地分配最少量的玻璃化溶液，同时知道生物材料的胚胎在装置内的确切位置。

消退顶端的直径可以有助于子贮器侧面之间的流体桥接以及有助于流体移动和流动模式。

这样，本发明的容器提供了人胚胎等的高度控制的处理和操作，其中可以将人胚胎小心地置于容器的一个或另一个贮器7中或直接置于断片中。一旦将胚胎小心地置于子贮器或断片中，然后可以将处理流体小心地引入没有被生物材料占据的空子贮器中，并且流体从未占据的或空的子贮器通过通道至占据的子贮器来温和地冲洗。这样，可以使用空的子贮器添加或引退流体来进行多次冲洗操作，而对胚胎具有最小的干扰，将其保持捕获在占据的子贮器或断片中。

在特别优选的实施方案中，可以使处理流体形成梯度，使得可以使用处理流体的梯度来进行一个连续的冲洗操作，使得对第一个子贮器中容纳的胚胎的损伤和中毒性休克最小化。这样，胚胎只接受了一次物理冲洗的作用，由此很大程度上最小化了胚胎的任何干扰。通道和限制的构造适于进行通过那里的流体冲洗，同时最小化不需要的湍流，湍流可能潜在地冲击并物理性地损伤了第一个子贮器中保持捕获的胚胎。

处理流体优选含有递增的选自乙二醇（EG）、二甲基亚砜（DMSO）、甘油、双糖、海藻糖和蔗糖的非渗透性冷冻保护剂和渗透性冷冻保护剂，其特别适于增强或促进胚胎或生物材料沉没至容器的底部。这提高了玻璃化或冷冻之前从容器的最大排出和最小的冲洗溶液的停留，由此增强了玻璃化或冷冻步骤。此外，通过确保生物样品胚胎快速沉没至容器的底部，将生物材料或胚胎非故意脱离容器的机会最小化。

该容器优选由具有高度热扩散性的材料形成，以确保快的冷却速率。此外，形成容器的材料优选是生物惰性的，以最小化任何可能的生物材料的污染。当处理液体已经全部移走后，该容器适于通过置于液氮等中来玻璃化，使得捕获的胚胎自身通过容器材料的高热传导性和扩散性而得到快速玻璃化。这样，胚胎位于子贮器的容器底部，使得该容器可以置于液氮中，使得液氮具有直接传到胚胎的最大热传导，同时避免胚胎与液氮或其他玻璃化介质本身的任何直接接触。一旦完成了玻璃化过程，可以从液氮中取出容器和捕获的（现在是玻璃化的）胚胎，并且以玻璃化状态存储容器，等待融化并且使用捕获的胚胎，或替换的生物材料。

本发明容器的其他优势，特别是包括任选提供断片和冷却过程中所用的最少玻璃化流体的容器涉及融化，其中由于通过提供一个或多个小的断片所获得的围绕生物材料的溶液是最少量的，本发明容器内的冷冻生物材料的融化可以快速完成并具有最小的破坏。本发明的密封容器可以直接置于温热溶液中，以获得快速且可控的融化，同时维持生物样品的最大生活力。

该容器可以配备专用支架15，如图9至13中所示的。

为了最大化本发明的容器和装置的多功能性，优选给容器和/或支架配备帽子或盖子9，帽子或盖子的各种变形显示于图14至16中。盖子可以作为分开的物品形成，或直接铰链连接，并且适于滑动配合容器1的敞开口5部分，并且最优选适于与通道形成协同作用，使得可以搭扣配合，并且将贮器密封，并且在密封的容器内提供最小开口空间。盖子的提供有助于容器的处理和操作，特别是将其置入液氮中并且随后玻璃化和存储用于进一步使用时。盖子还保护了玻璃化胚胎免受污染和损害，同时保持玻璃化状态。

如图12和13中所示的，优选通过容器1本体或支架15和盖子9之间形成的整体铰链13，与容器支架整体形成盖子。这样，作为一片式物品形成容器，由此使给容器放置和提供分开的密封的需要最小化，并且提供了在手上立即密封和关闭容器的方式。

密封可以是如上所述的机械密封，或如图10和11中所示的化学热密封。

本发明的装置还包括其物理部分，用于提供条形码或其他鉴定标记，由此标记平台10使得可以迅速和可靠地鉴定玻璃化胚胎或其他生物样品物质。容器由此给给定的人胚胎提供了最大的可靠性和鉴定，特别是因为所研究的生物材料在收集后至玻璃化和融化的整个过程中有效地经历一个操作步骤。这样，因为一旦开始处理，胚胎从未离开过容器的限制，因此胚胎在制备和玻璃化所需的多个步骤和方法过程中几乎不具有贴错标签或错误鉴定的机会。

在另一个方面中，本发明提供了冷冻保存装置，其中参照图17至21，详细说明了本发明的容器1的适应性修改，其可以配备盒子12，适于容纳多个密封的容器。盒子优选设计成接纳开放式容器，并且从开始到结束的整个玻璃化过程中使用。可以在处理前，将多达4个容器置于盒子中，一旦用玻璃化溶液冲洗生物材料，可以将盖子关闭/热密封，并且投入液氮中。在另一个方面中，将盒子设计成接收密封的容器，一旦胚胎得到加工和玻璃化，并且按照之前所述的随后密封至关闭的容器中。随后将盒子中的多个容器置于Canister中，然后将其存储在图21中详述的Dewar存储设备中或可替换的存储设备中。盒子优选包括适于接收条形码或其他标记10的部分。

盒子适于放置在图18至20中所示的支架16中，与图21中所示的通用存储系统一起使用。

可替换的存储设备显示于图22中，是罐存储概念。

罐存储概念具有优于通用系统的优势：

·提高了能够存储样品的能力

·通过盒子和容器上所置的大鉴定面积，更容易回收

·进行了分区，使得盒子和容器都可以置于固定的位置

本发明的装置，特别是容器部分，有助于自动化，其中可以通过合适的自动化装置来自动地操作容器，使得在本发明的自动化实施例中提供的容器阵列可以，一旦已经将胚胎小心地置于容器中，然后可以使得玻璃化/冷冻准备和玻璃化/冷冻步骤全部自动化，并且随后多个胚胎的玻璃化/冷冻和存储完全自动化，而不需要取出胚胎，或不需要在随后的任一个步骤过程中单独监控或操作。

在另一个方面中，本发明提供半自动化设备，包括提供一个或多个之前所述的容器，其中该装置包括用预冷冻或玻璃化处理溶液和射流技术冲洗捕获的生物材料的元件，以制备用于玻璃化的捕获的生物材料。

本发明的容器还发现了各种其他用途，包括：

·用培养基冲洗所述生物材料（培养）；

·用玻璃化溶液冲洗所述生物材料；

·玻璃化所述容器和捕获的生物材料；

·存储；

·融化所述容器；

·用融化溶液冲洗所述生物材料。

期望通过本发明的装置和方法提供的玻璃化胚胎的体外受精准备的全部自动化能够给所提供的胚胎的生活力提供实质性的提高，由此一旦融化最大化胚胎的生活力，并且因此最大化胚胎受体怀孕的成功机会。

除了装置，如所述的，本发明还提供了用于处理生物材料的多种方法。

在另一个方面中，本发明提供了生物材料的冷冻保存方法，包括将选定的生物材料引入之前所述容器的贮器区域的步骤，用于将其捕获在通道区域内；

·用一系列的从其他子贮器（在引入胚胎的通道的另一末端）引入和排出的玻璃化溶液冲洗和排出生物材料；

·最终从容器中排出所述冲洗溶液；

·将容器和捕获的生物材料玻璃化。

在最特别优选的实施方案中，其中装置包括任选地提供一个或多个在中间限制内放置的断片，典型的实验方案包括将生物材料的胚胎从一系列的玻璃化介质转移至最终的且活性最大的溶液。介质组成以及在每种溶液中花费的时间如下：

以下所列的是使用所述装置的生物材料冷冻保存实验方案的各种变化的实施例。

实验方案实施例1

生物材料的冷冻保存的实验方案包括：

1．将所述生物材料引入含有cryobase的容器的贮器区域。

2．从抽吸/分配位置排出cryobase。

3．分配玻璃化溶液1，充满整个通道。

4．然后使生物材料在玻璃化溶液1中平衡。

5．从抽吸/分配位置排出玻璃化溶液1，留下最小量的玻璃化溶液1。

6．分配玻璃化溶液2，充满整个通道。

7．然后将生物材料平衡非常短的时间。

8．从抽吸/分配位置排出玻璃化溶液2，留下最小量的玻璃化溶液2。

9．然后将容器和生物材料在液氮中玻璃化。

实验方案实施例2

提供了一种可替换实施方案，没有除去玻璃化溶液2，如下：

1．用cryobase将生物材料直接置于容器的断片中。

2．从抽吸/分配位置排出cryobase。

3．分配玻璃化溶液1，充满整个通道。

4．然后使生物材料在玻璃化溶液1中平衡，将容器设定尺寸，使得生物材料将滚回断片中。

5．从抽吸/分配位置排出玻璃化溶液1，在断片中留下最小量的玻璃化溶液1。

6．将少量（0.5ul-2.5ul）的玻璃化溶液2分配至通道中，以覆盖断片和生物材料。

7．然后将生物材料平衡非常短的时间。

8．然后将容器和生物材料在液氮中玻璃化。

实验方案实施例3

此外，提供了涉及将非渗透性冷冻保护剂加入cryobase/玻璃化溶液1中的实验方案，如下：

1．用cryobase将生物材料直接置于容器的断片中。

2．从抽吸/分配位置排出cryobase。

3．分配玻璃化溶液1，充满整个通道。

4．然后使生物材料在玻璃化溶液1中平衡，将容器设定尺寸，使得生物材料将滚回断片中。

5．从抽吸/分配位置排出玻璃化溶液1，在断片中留下最小量的玻璃化溶液1。

6．将玻璃化溶液2分配至通道中，以覆盖整个通道。

7．然后将生物材料平衡非常短的时间。

8．从抽吸/分配位置排出玻璃化溶液2，在断片中留下最小量的玻璃化溶液2。

9．然后将容器和生物材料在液氮中玻璃化。

实验方案实施例4

此外，提供了涉及逐步添加单种玻璃化溶液的实验方案，如下：

1．用cryobase将生物材料直接置于容器的断片中。

2．从抽吸/分配位置排出cryobase。

3．将单种玻璃化溶液逐渐引入子贮器中，并充满整个通道。

4．然后使生物材料在玻璃化溶液中平衡，确保生物材料沉没至底部，并且保持在断片或中间限制中。

5．从抽吸/分配位置排出玻璃化溶液，留下最小量的玻璃化溶液。

6．然后将容器和生物材料在液氮中玻璃化。

在另一个方面中，本发明提供了生物材料的预玻璃化处理方法，所述方法包括下列步骤：

·将所述生物材料引入之前所述的装置的贮器区域中，用于在所述容器的通道区域中捕获；

·用预玻璃化溶液和射流培养，来冲洗和排出所述生物材料。

在另一个方面中，本发明提供了融化玻璃化生物材料的方法，所述方法包括下列步骤：

·从冷却溶液中取出之前所述装置中的玻璃化生物材料；

·通过在加热溶液中加热来融化所述装置的容器和所述生物材料，可以加热容器的表面或加热所述容器的周围部分；

·用一系列从所述容器的贮器区域引入并排出的融化溶液冲洗和排出所述捕获的生物材料；

·排出所述冲洗溶液；

·从所述容器收集融化的生物材料。

在进一步的方面中，本发明提供了储存冷冻保存生物材料的方法，包括下列步骤：

·将所述生物材料引入之前所述装置的贮器区域中，用于所述容器的通道区域捕获；

·用一系列引入所述第一个子贮器并从第二个所述子贮器排出的玻璃化溶液冲洗和排出所述捕获的生物材料；

·最终从所述容器排出所述冲洗溶液；

·将所述容器和捕获的生物材料玻璃化；

·将所述容器和捕获的生物材料储存在储存设备中，直至将生物材料去玻璃化。

本发明的方法有助于高度自动化，其中可以在自动化装置和设备中进行该方法，使得可以同时处理多个胚胎或其他生物材料。本发明的特定特征使得可以将大量胚胎或其他生物材料人工引入本发明的容器中。

一旦已经将单独的生物材料样品引入专用容器中并且将容器安装在之前所述的自动化装置中，就能实现玻璃化准备的整个过程全部自动化和监控，使得大量的生物样品可以在完全连续的单步骤操作中得到适当地处理和玻璃化。

本领域技术人员将认识到可以对如特定实施方案中所示的本发明进行多种改变和/或改进，而不脱离宽泛描述的本发明的范围。因此，应当认为本发明的实施方案在所有方面中都是说明性的，而不是限制性的。

Claims (21)

1.用于一种或多种生物材料的显微操作的装置，所述装置包括具有贮器的容器，其中所述容器具有在所述贮器的一部分中形成的通道，所述通道包括设定尺寸来阻止所述生物材料通过但允许液体处理溶液通过的中间限制。

2.根据权利要求1的装置，其中所述中间限制可以包括通道的物理狭窄、部分阻塞通道的孔或一个或多个断片或上述任意组合。

3.根据权利要求2的装置，其中所述容器包括敞开的顶部，并且在其底部形成所述通道。

4.根据权利要求3的装置，其中所述通道包括在所述限制任一端的子贮器。

5.根据权利要求4的装置，其中所述容器由高热扩散性材料形成。

6.根据权利要求5的装置，其中所述容器使所述子贮器和通道区域中的热传递优化。

7.根据权利要求3的装置，包括适于密封所述容器的敞开的顶部的帽子或盖子。

8.根据权利要求6的装置，包括适于接收条形码或其他标记的部分。

9.根据权利要求1的装置，是自动化的冷冻保存设备，包括用于一个或多个所述容器的构造，并且包括用培养和玻璃化和/或其他处理溶液冲洗所述捕获生物材料的元件以及将所述捕获生物材料玻璃化的元件。

10.根据权利要求1的装置，是半自动化的设备，包括用于一个或多个所述容器的构造，并且包括用预玻璃化或玻璃化溶液和射流技术冲洗所述捕获生物材料的元件，以制备所述用于玻璃化的捕获材料。

11.生物材料的冷冻保存方法，包括下列步骤：

·将所述生物材料引入根据权利要求4至8任一项装置的贮器区域中，用于在所述容器的通道区域中捕获；

·用一系列引入所述子贮器中第一个并从所述子贮器中第二个排出的玻璃化溶液冲洗和排出所述生物材料；

·最终从所述容器中排出所述冲洗溶液；

·将所述容器和捕获生物材料玻璃化。

12.根据权利要求11的方法，其中所述玻璃化溶液包括选自海藻糖、蔗糖和其他双糖溶液的非渗透性冷冻保护剂。

13.生物材料的冷冻保存方法，包括下列步骤：

·将所述生物材料引入根据权利要求4至8任一项装置的贮器区域中，用于在通道区域或所述容器中捕获；

·用逐步引入所述子贮器中第一个并从所述子贮器中第二个排出的单种玻璃化溶液冲洗和排出所述生物材料；

·将所述容器和捕获生物材料玻璃化。

14.根据权利要求13的方法，其中所述玻璃化溶液包括选自乙二醇（EG）、二甲基亚砜（DMSO）、甘油、海藻糖、蔗糖和其他双糖溶液的非渗透和渗透性冷冻保护剂。

15.根据权利要求13的方法，其中以增强所述生物材料沉没至所述子贮器区域底部的速率来逐步引入所述玻璃化溶液。

16.用于生物材料预玻璃化处理的方法，所述方法包括下列步骤：

·将所述生物材料引入根据权利要求1至8任一项装置的贮器区域中，用于在所述容器的通道区域中捕获；

·用培养或预玻璃化溶液和射流技术冲洗和排出所述生物材料。

17.融化玻璃化生物材料的方法，所述方法包括下列步骤：

·从冷却溶液中移出在根据权利要求1的装置中玻璃化的生物材料；

·通过在受热溶液中加热来融化所述装置的容器和所述生物材料，将热施用于所述容器的表面或所述容器周围的空气；

·用一系列从所述容器的贮器区域引入并排出的融化溶液冲洗和排出所述捕获生物材料；

·排出所述冲洗溶液；

·从所述容器回收融化的生物材料。

18.储存冷冻保存生物材料的方法，包括下列步骤：

·将所述生物材料引入根据权利要求4至8任一项装置的贮器区域中，用于在所述容器的通道区域中捕获；

·用一系列引入所述子贮器中第一个并从所述所述子贮器中第二个排出的玻璃化溶液冲洗和排出所述生物材料；

·最终从所述容器排出所述冲洗溶液；

·将所述容器和捕获生物材料玻璃化；

·将所述容器和捕获生物材料储存在储存设备中，直至将生物材料去玻璃化。

19.根据权利要求18的方法，其中所述玻璃化溶液包括选自乙二醇（EG）、二甲基亚砜（DMSO）、甘油、海藻糖、蔗糖和其他双糖溶液的非渗透和渗透性冷冻保护剂。

20.根据权利要求1至10任一项的装置，基本上按照之前参照附图所述的。

21.根据权利要求11至19任一项的方法，基本上按照之前实施例中所述的。

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