CN104378979A - 活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法及系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法，包括步骤：S1、根据冷冻目标细胞的类型信息，获取与所述冷冻目标细胞类型对应的载体；其中，所述载体为由水凝固/凝华而成的冰载体，且所述载体在操作环境下保持特定结构；S2、将包含冷冻目标细胞的液体置于所述冰载体上，使液体被所述冰载体迅速吸附；S3、直至所述冰载体上的包含冷冻目标细胞的液体厚度达到设定的目标厚度时，将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介质中完成快速玻璃化冷冻。本发明还公开了一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统以及活体细胞快速玻璃化冷冻载体。

Description

活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法及系统 技术领域

本发明主要涉及玻璃化冷冻技术领域， 尤其涉及一种活体细胞快速玻璃化 冷冻的自动操作方法及系统， 以及活体细胞快速玻璃化冷冻载体。 背景技术

快速玻璃化冷冻活体细胞， 能最大程度减少对细胞生物特性的干扰和损伤。 以现有的人工生殖技术为例， 冷冻早期分裂的受精卵或者嚢胚， 可以使用机械 方法， 依靠程序化降温仪慢速冷冻， 也可以使用快速玻璃化冷冻。 两者比较而 言， 程序化降温技术复杂， 设备成本高， 处理时间长而且处理的标本量少， 玻 璃化不充分， 对细胞微结构的破坏大， 其优点是对人工依赖少， 可以实现少量 标本的并行处理； 快速玻璃化冷冻， 降温速率快， 玻璃化充分， 复苏率高， 但 只能手工操作， 对操作人的技能要求高， 需要严格的人员技能培训和高度的操 作责任心， 容易出现操作意外， 导致胚胎冷冻不规范， 甚至出现胚胎丟失事故。

以手工快速玻璃化胚胎冷冻为例。 该技术的具体方法划分为以下几个步骤： 步骤一： 细胞脱水,冷冻保护剂平衡处理； 步骤二： 准备吸管工具， 烧灼玻璃管， 手工拉伸， 制备细胞吸管， 内径小于 1 毫米； 步骤三： 准备液氮容器， 装入足 量液氮， 同时显微镜调焦， 并准备冷冻载体备用； 步骤四： 使用带手动弹性吸 头的细胞吸管从冷冻保护液中手工吸取包含胚胎细胞团的液体， 要求液体量尽 量少， 约 10到 30微升， 稳定保持液柱在细胞吸管中的位置， 另一只手稳定持 有冷冻载体， 在解剖显微镜下将包含胚胎细胞的液体涂覆在片状载体上， 识别 目标细胞并吸除多余的液体， 确认载体上粘附有目标细胞， 立即将载体手工快 速插入液氮， 完成冷冻， 装管封存。 这一操作方法的要点是， 第一， 操作时间 尽量短。 活体胚胎暴露在外环境中， 对细胞功能有直接影响； 第二， 尽量少吸 取液体， 并在投入液氮前吸取吸附在载体上的多余的液体， 目的是让细胞周围 的液膜尽量薄， 利于增大细胞直接暴露的表面积， 从而提高降温速率。 从室温 到液氮的手工过程， 降温速率远高于冷冻保护剂中水结晶要求的降温速率， 并 能实现玻璃化冷冻。 这一操作方法依赖于操作人的技能， 效率低下， 而且活体 胚胎直接暴露于环境中的时间和操作人的技能以及熟练程度有关， 操作人在载 体上吸取多余液体时的操作压力大， 对操作稳定性的要求高， 冷冻质量不可预 见。 这一操作体系只能同时处理数以微升计的标本， 不能处理大量标本， 严重 限制了玻璃化冷冻技术的应用范围。

充分而快速完成玻璃化过程是冷冻活体细胞、 保留细胞生理特点和功能的 关键步骤。 现有的玻璃化冷冻技术应用范围较小， 原因在于冷冻载体的限制， 导致冷冻效率低下， 只能手工处理容量微小的标本， 无法用于较大容量标本的 同步处理。 常用的玻璃化冷冻技术需要对细胞进行渗透脱水处理， 并以冷冻保 护剂平衡， 然后进入快速玻璃化冷冻， 但有些细胞对渗透过程敏感， 渗透脱水 对其功能结构有直接破坏， 更合理的方式是无冷冻保护剂的直接冷冻， 如精子 细胞悬液的直接玻璃化快速冷冻。

冷冻效率提高到能一次处理数以百毫升计的标本， 玻璃化冷冻技术就可以 在一些重要的领域提供服务， 比如重要干细胞的长期保存后复苏回输或捐献、 个体化的血液组分细胞的低成本长期稳定储存、 面向公众的实体造血干细胞库、 生物遗传信息实体细胞库、 面向灾难或战争而建立的长期血液储备库， 等等。 个体细胞全系信息的长期保留也为细胞科学和医学生理研究提供了廉价而高效 的实体参照系。 因此， 需要开发一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法及系统。

发明内容 本发明的实施例提供一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法及系 统， 能够快速有效地自动完成活体细胞快速玻璃化冷冻， 提高冷冻效率。 为达到上述目的， 本发明的实施例采用如下技术方案：

一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 包括步骤：

51、 根据冷冻目标细胞的类型信息， 获取与所述冷冻目标细胞的类型信息 对应的载体； 其中， 所述载体为由水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操 作环境下保持特定结构；

52、 将包含冷冻目标细胞的液体置于所述冰载体上， 使所述液体在载体表 面均匀扩散,被所述冰载体迅速吸附；

53、 直至所述冰载体上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度达到设定的厚度时， 将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介质中完成快速玻璃化冷冻。 相应的， 本发明的实施例还提供了一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操 作系统， 能够执行上述操作方法， 包括中央控制装置、 机械动作装置以及冷冻 介质装置和载体， 其中， 所述载体为由水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体 在操作环境下保持特定结构； 所述中央控制装置通过读取存有冷冻目标细胞的液体容器外设置的芯片， 从而获取冷冻目标细胞的液体信息， 根据所述冷冻目标细胞的液体信息判断与 所述冷冻目标细胞的液体信息对应的载体， 并生成对应的第一控制指令发送给 所述机械动作装置； 所述机械动作装置根据接收到的控制指令获取对应的载体， 并从液体容器 中取出包含冷冻目标细胞的液体置于所述冰载体上， 使所述液体被所述冰载体 迅速吸附； 直至所述冰载体上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度达到设定的厚度时， 所 述中央控制装置向所述机械动作装置发送第二控制指令， 使所述机械动作装置 将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入所述冷冻介质装置中完成快速玻璃化冷 冻。

另外， 本发明的实施例还提供了一种活体细胞快速玻璃化冷冻载体， 所述 载体为由水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操作环境下保持片状结构， 且所述载体用于承载所述冷冻目标细胞的表面处理成特定的空间微结构。

本发明实施例提供的一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法及系 统， 通过采用由水凝固 /凝华而成的冰载体作为冷冻载体， 由于冰载体的超亲水 特性， 能够迅速吸附液体， 使得冷冻目标细胞和液体快速分离， 从而降低冷冻 目标细胞暴露在大气环境中的时间， 提高降温速率， 降低冷冻损伤。 另外， 由 于冰载体的超强吸附性， 无需人工操作吸取吸附在载体上的多余的液体， 因此 可以实现活体细胞快速玻璃化冷冻的全自动操作， 可以大大的提高工作效率， 保证操作的稳定性、 及时性和安全性。 附图说明 例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单地介绍， 显而易见地， 下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付 出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1是本发明实施例 1 中一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法的 流程图；

图 2是本发明实施例 2中一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法的 流程图；

图 3是本发明实施例 3 中一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统的 结构框图；

图 4是本发明实施例 4中一种活体细胞快速玻璃化冷冻载体的结构示意图； 图 5是图 4所示的一种活体细胞快速玻璃化冷冻载体的承载表面结构示意 图；

图 6是本发明实施例 5中一种活体细胞快速玻璃化冷冻载体的结构示意图。 图 7是图 6所示的玻璃化冷冻载体表面微结构的示意图， 可以通过调整微 柱间隙的大小和空间形状来获得不同的微容积和表面特性。 具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是 全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

实施例 1

参考图 1 ,本发明实施例提供了一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方 法， 如图 1所示， 该方法包括： 步骤 S101、 根据冷冻目标细胞的类型信息， 获取与所述冷冻目标细胞的类 型信息对应的载体； 其中， 所述载体为由水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载 体在操作环境下保持特定结构； 步骤 S102、 将包含冷冻目标细胞的液体置于所述冰载体上， 使所述液体被 所述冰载体迅速吸附； 步骤 S103、 直至所述冰载体表面上包含冷冻目标细胞的液膜厚度（容量 ) 达到设定的厚度（容量） 时， 将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介质 中完成快速玻璃化冷冻。

本发明使用图 1 所示的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法来代替人 工作业， 能够可以大大的提高工作效率， 保证操作的稳定性、 及时性和安全性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的活体细胞快速玻璃化冷冻的 自动操作方法， 下面结合图 2, 对本发明的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作 方法进行详细的描述。

实施例

参考图 2,是本发明实施例 2中一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方 法的流程图， 该方法包括： 步骤 S201、 通过读取存有冷冻目标细胞的液体容器外设置的芯片， 从而获 取所述冷冻目标细胞的类型信息；

具体的， 我们知道， 目标细胞在冷冻前需要进行脱水处理， 将冷冻目标细 胞置于容器内（容器内注入冷冻保护剂， 例如甘油或 DMSO等）进行平衡处理， 以将冷冻保护剂替换冷冻目标细胞内的游离水， 以提高目标细胞冷冻效率， 避 免目标细胞内形成晶体。

另外， 在存有冷冻目标细胞的液体容器外设置芯片， 该芯片预先存有所述 冷冻目标细胞的类型信息。 因此通过读取存有冷冻目标细胞的液体容器外设置 的芯片， 可以获得所述冷冻目标细胞的类型信息。

步骤 S202、将获取的所述冷冻目标细胞的类型信息与预存的信息进行对比， 从而判断并获取与所述冷冻目标细胞的类型信息对应的载体； 其中， 所述载体 为由水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操作环境下保持特定结构；

具体的， 可以预先设置存储不同的冷冻目标细胞的类型信息和载体之间的 对应关系， 这样， 当获取到所述冷冻目标细胞的类型信息时， 可以通过查找该 对应关系而获得该冷冻目标细胞所对应的载体类型。

在本实施例中， 所述载体用于承载冷冻目标细胞以进行冷冻操作， 其为由 纯净水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操作环境下保持特定结构。 由纯 净水凝固 /凝华而成的冰载体具有超亲水性， 能够快速吸附液体。 而所述冰载体 在操作环境下（例如 -2摄氏度）暴露时间短， 足以保持为基本固定的片状结构。 另外， 所述冰载体用于承载所述冷冻目标细胞的表面具有特定空间结构 （例如 多孔或者表面微细立体结构）， 以增大所述载体吸附液体的表面积， 提高吸附性 能。 所述冰载体包括承载部以及从所述承载部上凸起的限制部， 所述限制部用 于限制置于所述承载部上的包含冷冻目标细胞的液体厚度。 关于所述载体的具 体结构， 在后面会结合图 4~6进行详细描述。 步骤 S203、 将包含冷冻目标细胞的液体置于所述冰载体上， 使所述液体被 所述冰载体迅速吸附； 具体的， 从所述存有冷冻目标细胞液体的容器中取出适量的液体（包括冷 冻目标细胞），然后置于对应的所述载体上。由于所述载体为超亲水性的冰载体， 当含有冷冻目标细胞的液体置于所述冰载体上时， 所述液体会被所述冰载体迅 速吸附， 从而实现与所述冷冻目标细胞的快速分离， 以暴露所述冷冻目标细胞。 步骤 S204、直至所述冰载体表面上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度（容量 ) 达到设定的厚度（容量） 时， 将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介质 中完成快速玻璃化冷冻； 具体的， 在该步骤中， 可能包括以下两种情况：

当所述冷冻目标细胞为需要暴露最大表面积的细胞或细胞集合时， 待所述 冷冻目标细胞充分暴露后， 立即将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介 质 （例如， 液氮） 中完成快速玻璃化冷冻； 或

当所述冷冻目标细胞为适宜与环境液体同时冷冻的细胞或细胞集合时， 待 包含冷冻目标细胞的液体容量小于或等于所述限制部所确定的容量时， 立即将 承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介质 （例如， 液氮） 中完成快速玻璃 化冷冻。

步骤 S205、 将完成快速玻璃化冷冻的所述冷冻目标细胞进行真空冻干干燥 处理， 以将承载所述冷冻目标细胞的冰载体升华成水蒸气， 从而实现所述冷冻 目标细胞的冻干粉末状态保存。

在冷冻精子悬液、 血液组分细胞集合等需要后续冻干处理工艺。 对人类辅 助生殖技术而言， 可以提高胚胎冷冻的质量， 精子冷冻后直接低温下真空冻干， 也可以实现精子细胞以较低成本的冻干粉剂状态长期保存； 对于血液组分的保 存而言， 可以同步处理数以百毫升计的标本， 经处理的标本物低温真空升华水 分后， 血液组分也能够长期稳定储存， 并大幅度降低储存成本和再处理成本。

由于真空冻干干燥为本技术领域人员所熟悉， 在此不再详细描述。

至此， 完成了活体细胞快速玻璃化冷冻过程。 其后， 可以利用解冻保护剂 对冷冻后的目标细胞进行复苏。 图 2是根据本发明实施例示出的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法 的流程图， 必须了解的是， 本发明所提出的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操 作方法步骤并不限于图 2所示的执行顺序， 本领域技术人员可根据本发明的精 神任意更动活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法步骤。

以上所述是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技 术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这 些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

实施例 3

参考图 3 ,本发明实施例 3中一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统 的结构框图。 可以理解的， 本实施例的自动操作系统能够执行上述自动操作方 法。 如图 3所示， 该自动操作系统 10包括中央控制装置 1、 机械动作装置 2以 及冷冻介质装置 3和载体 4, 其中， 所述载体 4用于承载冷冻目标细胞以进行冷 冻操作， 其为由纯净水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操作环境下保持 特定结构。 由纯净水凝固 /凝华而成的冰载体具有超亲水性， 能够快速吸附液体。 而所述冰载体在操作环境下 （优选为 0摄氏度）保持为固定的片状结构， 防止 冰载体融化变形。 另外， 所述冰载体用于承载所述冷冻目标细胞的表面为多孔 结构或者适宜的其他特定空间结构， 比如有特定容量的表面微细立体结构， 以 增大所述载体吸附液体的表面积， 提高吸附性能。 所述冰载体包括承载部以及 从所述承载部上凸起的限制部， 所述限制部用于限制置于所述承载部上的包含 冷冻目标细胞的玻璃化液体厚度。 关于所述载体的具体结构， 在后面会结合图 4~6进行详细描述。 其中， 在本实施例中， 所述中央控制装置 1 通过读取存有冷冻目标细胞的玻璃化 液体容器外设置的芯片， 从而获取冷冻目标细胞的玻璃化液体信息， 根据所述 冷冻目标细胞的玻璃化液体信息判断与所述冷冻目标细胞的玻璃化液体信息对 应的载体， 并生成对应的第一控制指令发送给所述机械动作装置 2。 在具体实施 时， 所述中央控制装置 1设有数据库， 所述数据库内存储有不同的冷冻目标细 胞的玻璃化液体信息和载体之间的对应关系； 所述中央控制装置 1 根据获取的 冷冻目标细胞的玻璃化液体信息而在数据中进行寻找该对应关系， 从而判断出 与所述冷冻目标细胞的玻璃化液体信息对应的载体 4类型。 所述机械动作装置 2根据接收到的第一控制指令获取对应的载体 4,并从所 述玻璃化液体容器中取出包含冷冻目标细胞的玻璃化液体置于所述冰载体上， 以使所述玻璃化液体被所述冰载体迅速吸附。

具体的， 所述机械动作装置 2根据接收到的第一控制指令获取对应的冷冻 载体后， 并接着从所述存有冷冻目标细胞的玻璃化液体容器中取出适量的液体 (包括冷冻目标细胞） 置于对应的所述载体上。 由于所述载体为超亲水性的冰 载体， 当含有冷冻目标细胞的玻璃化液体置于所述冰载体上时， 所述玻璃化液 体会被所述冰载体迅速吸附， 从而实现与所述冷冻目标细胞的快速分离， 以暴 露所述冷冻目标细胞。 直至所述冰载体表面上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度（容量 ) 达到设定 的厚度（容量） 时， 所述中央控制装置 1向所述机械动作装置 2发送第二控制 指令， 使所述机械动作装置 2将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入所述冷冻 介质装置 3 (例如， 液氮装置） 中完成快速玻璃化冷冻。

具体的， 当所述冷冻目标细胞为需要暴露最大表面积的细胞或细胞集合时， 待所述冷冻目标细胞充分暴露后， 所述机械动作装置 2根据接收到的第二控制 指令立即将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介质 （例如， 液氮） 中完 成快速玻璃化冷冻； 或

当所述冷冻目标细胞为适宜与玻璃化液体同时冷冻的细胞或细胞集合时， 待包含冷冻目标细胞的玻璃化液体的液体容量小于或等于所述限制部所确定的 容量时， 所述机械动作装置 2根据接收到的第二控制指令立即将承载所述冷冻 目标细胞的冰载体移入冷冻介质 （例如， 液氮） 中完成快速玻璃化冷冻。

优选的， 在本实施例中， 所述自动操作系统还包括真空冻干干燥装置 5 , 当 所述冷冻目标细胞的冰载体移入所述冷冻介质装置 3中完成快速玻璃化冷冻后， 所述中央控制装置 1向所述机械动作装置 2发送第三控制指令， 使所述机械动 作装置 2将所述冷冻目标细胞（连同载体）移入所述真空冻干干燥装置 5 中进 行真空冻干干燥处理， 以将承载所述冷冻目标细胞的冰载体升华成水蒸气， 从 而实现所述冷冻目标细胞的冻干粉末状态保存。

具体的， 在冷冻精子悬液、 血液组分细胞集合等需要真空冻干干燥装置 5 进行后续冻干处理工艺。 对人类辅助生殖技术而言， 可以提高胚胎冷冻的质量， 精子冷冻后直接低温下真空冻干， 也可以实现精子细胞以较低成本的冻干粉剂 状态长期保存； 对于血液组分的保存而言， 可以同步处理以数百毫升计的标本， 经处理的标本物低温真空升华水分后， 血液组分也能够长期稳定储存， 并有效 降低储存成本和再处理成本。

本实施例的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 通过读取存有冷冻 目标细胞的玻璃化液体容器外设置的芯片内的信息后， 能够自动完成冷冻目标 细胞的整个冷冻操作过程， 无需人工参与， 大大的提高工作效率， 保证操作的 稳定性、 及时性和安全性。

实施例 4

参考图 4~5 ,是本发明实施例 4中一种活体细胞快速玻璃化冷冻载体的结构 示意图。 如图 4所示， 本实施例的载体 4能够用于上述活体细胞快速玻璃化冷 冻的自动操作方法和系统中， 以承载冷冻目标细胞以进行全自动冷冻操作。 所 述载体为由纯净水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操作环境下保持特定 结构。 由纯净水凝固 /凝华而成的冰载体具有超亲水性， 能够快速吸附液体。 而 所述冰载体在操作环境下 （例如 -2摄氏度）保持为固定的片状结构， 防止冰载 体融化变形。

具体的， 所述载体 4包括承载部 41 以及从所述承载部 41上凸起的限制部 42, 所述承载部 41用于承载冷冻目标细胞的表面为多孔结构 411 (参考图 5 ), 以增大所述载体吸附液体的表面积， 提高吸附性能。 所述限制部 42为承载部 41 上凸起的多个凸块， 用于限制置于所述承载部 41上的包含冷冻目标细胞的玻璃 化液体厚度。

本实施例提供的载体 4具有超亲水表面特性。 亲水材料首先打孔， 孔径的 尺度依据冷冻标本的特性确定， 使水溶液能快速吸附， 均勾分布成薄膜， 从而 快速自动暴露目标细胞， 并使目标细胞暴露的表面积最大化。 对于需要与溶液 同时冷冻的目标细胞， 上述结构能增强液体在载体上的附着力， 使液膜平整度 和附着力增加， 耐受机械系统动作的加速度， 能保证标本（冷冻目标细胞） 不 丟失， 保证冷冻质量。

本实施例的载体的使用方法如下： 对于需要暴露最大表面积的目标细胞或 细胞集合的冷冻， 是将包含目标细胞或细胞集合的液体直接转移到载体的功能 表面上， 待目标细胞充分暴露后， 立即转移入冷冻工作环境（例如， 液氮环境）； 对于适宜与培养液环境液体同时冷冻的细胞或细胞集合， 是在包含目标细胞或 细胞集合的液体容量小于或等于液膜厚度限制部 42所自动确定的载体容量时， 立即将装载目标标本（冷冻目标细胞） 的载体移入冷冻工作环境， 完成冷冻。

实施例 5

参考图 6~7,是本发明实施例 5中一种活体细胞快速玻璃化冷冻载体的结构 示意图。 如图 6所示， 本实施例的载体 4能够用于上述活体细胞快速玻璃化冷 冻的自动操作方法和系统中， 以承载冷冻目标细胞以进行全自动冷冻操作。 所 述载体由亲水聚合物薄膜制成（例如聚碳酸酯薄膜材料）， 是具有特定表面结构 的双层复合体， 层间距， 能够快速吸附液体（图 7 )。

本实施例与实施例 4不同的是， 所述载体 4为多个实施例 4的载体组合构 成， 因此， 本实施例的载体适用于承载大细胞或者多个目标细胞的冷冻。

通过实施例 4和实施例 5可知， 本发明的载体通过其大小、 限制部所限制 的液膜厚度以及承载表面的孔径大小等不同， 而构成不同类型的载体， 从而适 用于不同冷冻目标细胞。 综上所述， 本发明实施例提供的一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作 方法及系统， 通过采用由水凝固 /凝华而成的冰载体作为冷冻载体， 由于冰载体 的超亲水特性， 能够迅速吸附液体， 使得冷冻目标细胞和液体快速分离， 从而 降低冷冻目标细胞暴露在大气环境中的时间， 提高降温速率， 降低冷冻损伤。 另外， 由于冰载体的超强吸附性， 无需人工操作吸取吸附在载体上的多余的液 体， 因此可以实现活体细胞快速玻璃化冷冻的全自动操作， 可以大大的提高工 作效率， 保证操作的稳定性、 及时性和安全性。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述， 但本发明并不局限于以上揭示 的实施例， 而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、 等效组合。

Claims (1)

1. 权 利 要 求 书

   1、一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 其特征在于， 包括步骤：

   51、 根据冷冻目标细胞的类型信息， 获取与所述冷冻目标细胞的类型信息 对应的载体； 其中， 所述载体为由水凝固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操 作环境下保持特定结构；

   52、 将包含冷冻目标细胞的液体置于所述冰载体上， 使所述液体被所述冰 载体迅速吸附；

   53、 直至所述冰载体表面上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度达到设定的厚 度时， 将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介质中完成快速玻璃化冷冻。

   2、 如权利要求 1所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 其特征 在于， 在所述步骤 S3后， 还包括步骤：

   54、 将完成快速玻璃化冷冻的所述冷冻目标细胞连同载体进行真空冻干干 燥处理， 以将承载所述冷冻目标细胞的冰载体升华成水蒸气， 从而实现所述冷 冻目标细胞的冻干粉末状态保存。

   3、 如权利要求 1所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 其特征 在于， 所述步骤 S1具体包括步骤：

   511、 通过读取存有冷冻目标细胞类型的液体容器外设置的芯片或条码， 从 而获取所述冷冻目标细胞的类型信息；

   512、 将获取的所述冷冻目标细胞的类型信息与预存的信息进行对比， 从而 判断并获取与所述冷冻目标细胞的类型信息对应的载体和冷冻保护剂处理程 序。

   4、 如权利要求 1中所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 其特 征在于， 在所述冰载体为片状结构， 且所述冰载体用于承载所述冷冻目标细胞 的表面为多孔结构或者有特定容量的表面微细立体结构。

   5、 如权利要求 4中所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 其特 征在于， 所述冰载体包括承载部以及从所述承载部上凸起的限制部， 所述限制 部用于限制置于所述承载部表面上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度。

   6、 如权利要求 5中所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 其特 征在于， 所述步骤 S3具体包括：

   531、 当所述冷冻目标细胞为需要暴露最大表面积的细胞或细胞集合时， 待 所述冷冻目标细胞充分暴露后， 立即将承载所述冷冻目标细胞的载体移入冷冻 介质中完成快速玻璃化冷冻； 或

   532、 当所述冷冻目标细胞为适宜与细胞环境液体同时冷冻的细胞或细胞集 合时， 待包含冷冻目标细胞的玻璃化液体的液体容量小于或等于所述限制部所 确定的容量时， 立即将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入冷冻介质中完成快 速玻璃化冷冻。

   7、 如权利要求 1中所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 其特 征在于， 所述操作环境的温度保持在当地纯净水自然凝固点温度以下。

   8、 如权利要求 1中所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作方法， 其特 征在于， 所述冷冻介质为液氮。

   9、 一种活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 其特征在于， 包括中央 控制装置、 机械动作装置以及冷冻介质装置和载体， 其中， 所述载体为由水凝 固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操作环境下保持特定结构； 所述中央控制装置通过读取存有冷冻目标细胞的容器外设置的芯片或条 码， 从而获取冷冻目标细胞的类型信息， 根据所述冷冻目标细胞的类型信息判 断与所述冷冻目标细胞的类型信息对应的载体， 并生成对应的第一控制指令发 送给所述机械动作装置； 所述机械动作装置根据接收到的第一控制指令获取对应的载体， 并从所述 玻璃化液体容器中取出包含冷冻目标细胞的液体置于所述冰载体上， 使所述玻 璃化液体被所述冰载体迅速吸附； 直至所述冰载体表面上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度达到设定的厚度 时， 所述中央控制装置向所述机械动作装置发送第二控制指令， 使所述机械动 作装置将承载所述冷冻目标细胞的冰载体移入所述冷冻介质装置中完成快速玻 璃化冷冻。

   10、 如权利要求 9所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 其特 征在于， 还包括真空冻干干燥装置， 当所述冷冻目标细胞的冰载体移入所述冷 冻介质装置中完成快速玻璃化冷冻后， 所述中央控制装置向所述机械动作装置 发送第三控制指令， 使所述机械动作装置将所述冷冻目标细胞连同载体移入所 述真空冻干干燥装置中进行真空冻干干燥处理， 以将承载所述冷冻目标细胞的 冰载体升华成水蒸气， 从而实现所述冷冻目标细胞的冻干粉末状态保存。

   11、 如权利要求 9所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 其特 征在于， 所述中央控制装置设有数据库， 所述数据库内存储有不同的冷冻目标 细胞的类型信息和载体之间的对应关系； 所述中央控制装置根据获取的冷冻目 标细胞的类型信息而在数据中进行寻找， 从而判断与所述冷冻目标细胞的类型 信息对应的载体。

   12、 如权利要求 9所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 其特 征在于， 在所述冰载体为片状结构， 且所述冰载体用于承载所述冷冻目标细胞 的表面为多孔结构或者具有特定容积的表面微细三维结构。

   13、 如权利要求 12所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 其特 征在于， 所述冰载体包括承载部以及从所述承载部上凸起的限制部， 所述限制 部用于限制置于所述承载部表面上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度。

   14、 如权利要求 13所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 其特 征在于， 所述直至所述冰载体表面上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度达到设定 的厚度时是指：

   当所述冷冻目标细胞为需要暴露最大表面积的细胞或细胞集合时， 待所述 冷冻目标细胞充分暴露后； 或

   当所述冷冻目标细胞为适宜与环境液体同时冷冻的细胞或细胞集合时， 待 包含冷冻目标细胞的环境液体的液体容量小于或等于所述限制部所确定的容量 时。

   15、 如权利要求 9所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 其特 征在于， 还包括操作环境控制装置， 用于保持操作环境的温度保持在当地纯净 水自然凝固温度以下。

   16、 如权利要求 9所述的活体细胞快速玻璃化冷冻的自动操作系统， 其特 征在于， 所述冷冻介质为液氮。

   17、 一种活体细胞快速玻璃化冷冻载体， 其特征在于， 所述载体为由水凝 固 /凝华而成的冰载体， 且所述载体在操作环境下保持片状结构， 且所述载体用 于承载所述冷冻目标细胞的表面为多孔结构或者其他特定空间结构， 以增加水 溶液在表面的扩散速度或具有特定容量。

   18、 如权利要求 17所述的活体细胞快速玻璃化冷冻载体， 其特征在于， 所 述冰载体包括承载部以及从所述承载部上凸起的限制部， 所述限制部用于限制 置于所述承载部表面上的包含冷冻目标细胞的液膜厚度。

   19、 如权利要求 18所述的活体细胞快速玻璃化冷冻载体， 其特征在于， 所 述限制部为多个。

   20、 如权利要求 17所述的活体细胞快速玻璃化冷冻载体， 其特征在于， 所 述操作环境的温度保持在当地纯净水自然凝固点温度以下。