CN107548416B

CN107548416B - 用于多孔板的契合盖子

Info

Publication number: CN107548416B
Application number: CN201680024175.3A
Authority: CN
Inventors: Y·洪; E·特兰
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2021-07-13
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP2018509144A; EP3261761A1; CN107548416A; WO2016138338A1; US10625264B2; EP3261761B1; US20160250632A1; JP6869185B2; PL3261761T3

Abstract

本文公开了一种用于多孔板的盖子，其具有开孔，各开孔具有可透气膜和契合件，所述契合件从盖子的底表面延伸而与多孔板相契合以减少来自多孔板孔内液体内容物的蒸发、保护多孔板中的内容物不溢出或免于与多孔板中相邻孔中的内容物发生混合。所述可透气膜包含以下中的一种或更多种：(i)与各开孔相关联的连续或不连续薄膜、(ii)主体的局部薄化部分和(iii)一些至少部分填充各开孔的材料。

Description

用于多孔板的契合盖子

本申请依据35U.S.C.§119要求于2015年2月27日提交的美国临时申请序列号62/121846的优先权，本申请以其内容为基础，并通过参考将其全文纳入本文。

背景

技术领域

本公开总体上涉及用于多孔板的盖子，更具体而言，涉及具有可透气材料和与多孔板契合的契合件的契合盖子。

背景技术

生物技术的许多领域中的最新进展对在生物和化学系统中进行各种试验提出了更高的要求。这些试验包括例如生化反应动力学、DNA熔点测定、DNA谱偏移、DNA和蛋白质浓度测量、荧光探针的激发/发射、酶活性、酶辅助因子试验、同质试验、药物代谢物试验、药物浓度试验、调剂确认、体积确认、溶剂浓度和溶解浓度。还有许多使用完整活体细胞且可包括肉眼检查的试验。

在工业和学术界中都大规模进行了生物和化学系统的试验。希望具有一种用于进行这些研究的方便的经济型装置。因为多孔板(也称为微板)相对易于操作、成本低并且是单次成型的，其经常被用于这些评价中。多孔板通常由聚合物材料形成，且包含排列整齐的单独孔的阵列。这些孔可排列成相互垂直的行和列的阵列。各孔包含侧壁和底部，从而一小份试样可保存在各孔内。常规的多孔板包括具有8×12(96孔)、16×24(384孔)和32×48(1536孔)标准尺寸的孔阵列，尽管也可使用其它尺寸。

多孔板可结合盖子(或盖板)来使用，以保持孔内无菌并将蒸发减至最少。这种通常由硬塑料制成且配置成在板上契合以排除污染的盖子一般松弛地契合于多孔板的顶部和周围。当被覆盖的多孔板被置于培养装置或甚至工作台面上时，液体内容物的蒸发，特别是孔数为1536或更多(各孔中液体的体积小)的多孔板中液体内容物的蒸发可超过15％～25％，尤其是角落孔和位于板边缘的孔。这种大量蒸发可导致pH、营养成分、盐浓度等发生不可接受的改变。而且，周界处的气体交换速率也会大于板中心处的气体交换速率。这些“边缘效应”现象不仅不利于试验试样，还会对给定微板中各孔之间的可再现性产生负面影响。另外，由于板搅动过程中形成的气溶胶迁移或在盖子下侧上形成的浓缩物，可能发生孔至孔的交叉污染。

一直使用密封带和其它补强膜、箔和垫子来防止蒸发和边缘效应。然而，许多这样的产品不能有效地防止蒸发，且在自动化方面对许多实验室中使用的高通量筛选(HTS)程序并不友好。

鉴于这些问题，需要提供一种多孔板盖子，其在改善气体交换和限制孔至孔交叉污染风险的同时能够减少蒸发和边缘效应。还希望提供一种能够廉价制造、易于人工和机器人操作且与HTS需求相兼容的盖子。

发明概述

根据本公开的一些实施方式，本文公开了一种用于多孔板的盖子。在一些实施方式中，所述盖子具有开孔，各开孔具有可透气膜从盖子的底表面延伸且构建成与多孔板相契合的契合件，以产生用于使气体交换经由盖子进出各孔的管道，还构建成减少来自多孔板孔内液体内容物的蒸发并保护多孔板中的内容物不溢出或与多孔板中相邻孔中的内容物发生混合。所述可透气膜包含以下中的一种或更多种：(i)与各开孔相关联的连续或不连续薄膜、(ii)主体的局部薄化部分和(iii)至少部分填充各开孔的一些可透气材料。

在一些实施方式中，盖子是可重复使用的且在自动化方面友好，在使用过程中能够限制孔之间的交叉污染，使得能够始终如一地进行进出多个孔中的每一个的气体交换，并且将来自孔内的孔内容物的蒸发减至最少。气体物质包括氧气、二氧化碳、氮气和氨。

一种示例性的盖子包含主体，所述主体具有顶表面和底表面；从主体周界向下延伸的裙边；从盖子底表面伸出的契合件的阵列，所述契合件配置成与多孔板的孔开口啮合；以及形成于主体内且与各开孔相关联的可透气膜。这些半透膜中的每一个都对应于盖子中多个孔开孔中的一个，且盖子的各开孔与微板中孔的顶部开口相关联。

在一些实施方式中，盖子主体是刚性的整体型结构。与柔性材料相反，刚性结构经得起机器人操作和高通量筛选。各半透膜或可透气膜可由盖体材料形成，或者可包含不同的材料。在一些实施方式中，半透膜可包含塞子、一片连续薄膜或薄膜的不连续片材。在一些实施方式中，多个开孔与契合件相关联。在一些实施方式中，可透气膜可包含可透气的不润湿的薄膜。

在一些实施方式中，本公开提供了一种具有整体型刚性主体的多孔板盖子，所述主体具有顶表面、底表面和多个位于主体内的开孔，各开孔具有可透气材料和相关联的契合件，各契合件具有端面或远端面和契合壁，其中，契合件从主体的底表面延伸，各契合件构建成与多孔板的孔契合，各开孔的直径(Da)小于契合壁之间的距离(Df)。契合壁是指与多孔板的孔啮合的契合件的壁，无论所述啮合是抵靠多孔板的孔内侧发生还是抵靠多孔板的孔外侧发生。当例如孔的顶环延伸超出多孔板平面时，契合壁可抵靠孔外侧契合(参见例如美国专利号7531140)。术语“契合地啮合”是指契合件紧密地契合于孔顶部内或周围，从而在盖子契合件之间或盖子契合壁与孔开口之间形成摩擦契合。

在一些实施方式中，盖子可具有构建成契合多孔板的孔的周围或内侧的契合件。契合件的端面或远端面可经过成形，即，它们可以是凸面、凹面或平面或任意其它形状。在一些实施方式中，对于每一个契合件，可存在多于一个与其相关联的开孔。即，对于每一个契合件，可存在一群与多孔板的单一孔相关联的开孔。且在一些实施方式中，板的一些孔可不具有相关联的开孔。例如，一些孔可以是对照孔，其不允许穿过开孔进行气体交换。或者，例如，一些孔可不需要进行气体交换，因此，盖子在相关联的多孔板中可具有对应于少于孔总数的开孔。

在一些实施方式中，可透气膜可以是覆盖盖子主表面的大部分顶表面的连续薄膜、在盖子平面主表面的顶表面处覆盖各开孔的不连续薄膜、各开孔内可透气材料的塞子或它们的组合。可透气材料可位于盖子的顶表面上、该盖子主体的底表面上、或开孔内侧。在一些实施方式中，盖子在盖子顶表面上具有堆叠特征，以使得盖子能够与另一个多孔板堆叠。还可存在聚合物筛网。

在一些实施方式中，盖子由不锈钢、玻璃、陶瓷或选自下组的聚合物材料制成：聚苯乙烯、聚甲基戊稀、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯酸酯。在一些实施方式中，盖子由聚合物材料制成，且可透气材料是相同聚合物材料的局部薄化层。在一些实施方式中，盖子(包括可透气材料)是单次成型部件。在一些实施方式中，盖子和多孔板被密封在一起。

在以下的详细描述中提出了本公开内容的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本公开内容而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本公开内容的实施方式，用来提供理解要求保护的本公开内容的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本公开的主题的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本公开的主题的各种实施方式，并与说明书一起对本发明的主题的原理和操作进行阐述。此外，附图和说明书仅仅是示例性的，并不试图以任意方式限制权利要求的范围。

附图的简要说明

当结合以下附图阅读时，能对本公开下文的具体实施方式的详细描述有最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1A是根据一种实施方式的多孔板和盖子的分解透视图；图1B是根据一种实施方式的依附有盖子的多孔板的透视图；

图2是显示根据一种实施方式的盖子的下侧的示意图，显示了开孔和契合件；

图3～9是取图2中线2-2的根据另一些实施方式的盖子的示意性截面图；

图10A和10B是被根据一些实施方式的盖子覆盖的多孔板的截面图；

图11是根据一种实施方式的盖子的下侧的透视图；

图12是取图11所示的线11-11的与多孔板契合的盖子的截面图；

图13是根据一种实施方式的盖子的下侧的透视图；

图14是取图13所示的线13-13的与多孔板契合的盖子的截面图；

图15是根据一种实施方式的盖子的下侧的透视图；

图16是取图15所示的线15-15的与多孔板契合的盖子的截面图；以及

图17A～D显示了被根据一些实施方式的盖子覆盖的多孔板的蒸发和细胞培养数据。

发明详述

下面将对本公开的主题的各种实施方式进行更详细的描述，其中的一些实施方式例示于附图中。在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的组件。

本文公开了一种用于密封多孔板且允许在多孔板中发生气体交换的盖子。一种包含这种盖子的试验或细胞培养装置示于图1。当用于试验或测试时，该装置被称为试验装置。在一些实施方式中，当用于例如细胞培养时，该装置被称为细胞培养装置。

当多孔板用于试验时，希望具有若干特征。例如，在一些实施方式中，装置可以将流体溢出的风险降至最低、将一个孔中内容物翻越进入另一个孔的风险降至最低(将交叉污染的风险降至最低)以及将从孔的蒸发减至最少的方式含有流体或液体。

在一些现有技术的装置中，松动的盖子允许蒸发在多孔板中的孔之间不均匀地发生。多孔板外围或多孔板角落里的孔经常会比孔阵列靠中间的孔经历更多的蒸发。这种不均匀的蒸发可导致试验结果前后不一致，因为外围孔中试剂的浓度上升。在一些实施方式中，希望即使可能发生蒸发，也在各孔内均匀发生。在一些实施方式中，含有液体的装置构建成确保蒸发在多孔板的所有孔中均匀发生。这确保了试验结果将会更加一致、更加受控。

另外，在一些实施方式中，希望盖子在使用过程中保持在原位。在一些用途(包括需要进行混合或振荡的用途)中，多孔板可经历剧烈的搅动。一些现有技术的装置通过提供诸如例如夹具或螺丝和螺栓连接这样的分离式紧固装置来确保盖子停留在原位。在一些实施方式中，希望装置是易于使用的，不需要使用诸如例如夹具、螺栓、螺丝、粘合剂、加热或其它机制这样的额外固件来确保盖子保持在多孔板上。

当多孔板用于细胞培养时，希望具有附加的特征。培养中的细胞需要营养物、氧气以及将污染风险降至最低的环境。例如，在细胞培养过程中，希望向孔内流体提供气体交换。还希望限制穿过盖子而提供的气体交换，以限制来自孔的内容物的蒸发。

在一些实施方式中，希望装置的使用不需要组装多个零件和部件，以实现容器的所需特征。例如，可能不希望需要用户将多孔板与必须置于多孔板内的被衬垫覆盖、再被盖子覆盖的插入件组装在一起。这些组装步骤中的每一步都需要时间，并且存在污染风险，或者装置可能被错误组装。此外，这些组装步骤中的每一步会向多孔板系统引入单独的部件，如果该装置被用于细胞培养，则这会引发污染风险。在一些实施方式中，希望具有可被简单地置于多孔板上、并从多孔板上除去的单一盖子。还希望多孔板和盖子能够经受多种用途。在一些实施方式中，如果一种装置能够作为试验容器和细胞培养容器交换使用，则对试验设备库存的控制会变得更加简单。当所进行的试验需要进行细胞培养时，尤其是这样。

还希望提供一种相对易于制造、使用最少的材料和制造步骤的装置。多种材料、多个组装或制造步骤以及复杂的结构会导致更昂贵的装置。在一些实施方式中，希望提供一种制造成本更低的装置。

图1A是根据一种实施方式的多孔板12和盖子20(多孔板加盖子，10)的分解透视图；图1A图示了盖子20和多孔板12。在一些实施方式中，盖子20是具有顶表面21和多个穿过主体19的开孔22的整体型刚性主体。盖子还具有可为任意长度(短、中等或长)的裙边26。在一些实施方式中，盖子具有凸起的外围边缘24。盖子的更多细节图示于图2。如图1B所示，盖子构建成与多孔板12的孔相契合。

图1A中还显示，多孔板12具有框体14和多个以阵列排列的孔15。孔15包含毗邻框体14排列的外围孔。各孔具有孔壁40。板12在尺寸上符合多孔板的工业标准足迹(industrystandard footprints)。在一种示例性的板中，宽度和长度尺寸被分别标准化为约85mm和128mm。

图1B图示了在一种实施方式中与多孔板啮合的盖子20。图1B图示了盖子20，其具有外围裙边26和多个位于盖子主体19内的开孔22。盖子与多孔板12契合。开孔可以是任意形状或尺寸。

图2是显示根据一种实施方式的盖子20的下侧的示意图，显示了契合件28。在一些实施方式中，盖子20是具有平面主体19的整体型刚性结构，具有顶表面(图1A中以21表示)、底表面31、穿过主体19的开孔22以及从主体底表面31延伸的契合件28，其中，各契合件构建成与多孔板12的孔15(参见图1A)契合。在一些实施方式中，契合件28为圆形、正方形或任意其它形状，且构建成与多孔板的孔形成密封，所述孔可为圆形、正方形或任意其它形状。在一些实施方式中，契合件可在多孔板的孔的顶部周围(例如，如图10B所示)或多孔板的孔的顶部内(如图10A所示)形成密封。在一些实施方式中，契合件28具有可以是平面、凹面、凸面或任意形状的远端面29(参见例如图12、14和16)。契合件还具有用于与多孔板的壁相契合的契合壁33。该封闭机制能够提供若干益处。通过在各孔的顶部形成密封，盖子能够以将流体溢出的风险降至最低的方式将流体保存在孔的内部。因为在各孔的顶部单独形成了单独的密封，构建成与多孔板的单独孔相契合的契合件的存在将一个孔的内容物翻越进入另一个孔的风险降至最低(将交叉污染的风险降至最低)。孔顶部处的密封还将来自孔的蒸发减至最少。因为各孔在顶部具有密封，各孔会经历相同的条件，从而即使发生蒸发，各孔也会相似地经历蒸发。而且，这些契合件(微板的每个孔具有一个契合件)起到了将盖子密封至微板上的作用，从而盖子不会松动或容易从微板上移动。图2还图示了在一些实施方式中，各契合件可具有多个与各契合件相关联的开孔22a。图2还图示了从主体19沿着主体19外围延伸的裙边26。

盖子20的尺寸调整为覆盖多孔板12，且可由刚性的非柔性材料诸如不锈钢、玻璃、塑料或陶瓷制成。刚性的盖子，而非柔性或弹性盖子，可更经得住机器人操作、堆叠和高通量筛选。在一种实施方式中，盖子由可模塑和/或可打印的塑料制成。可模塑塑料的例子包括但不限于：聚苯乙烯、聚甲基戊稀、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯酸酯。盖子可由对化学溶剂和试剂具有耐久性和耐性，即能够承受高湿度和气体环境(例如在加湿的CO₂培养装置内)的材料制成。

盖子中所存在的开孔22使多孔板的相关联的孔能够进行气体交换，使得该装置经得起作为细胞培养容器和储存或试验容器使用。在一些实施方式中，不是多孔板的所有孔都具有相关联的开孔。在一些实施方式中，开孔可具有相关联的可透气膜，或者可不具有相关联的可透气膜。在一些实施方式中，开孔可填充或覆盖有可透气膜。如本文所用，可透气膜，也记为选择性渗透膜、部分渗透膜、半透膜或差异性渗透膜(它们都具有相同的含义)是允许某些分子通过扩散而穿过的屏障。通过的速率取决于膜两侧的分子的压力、浓度和温度、以及膜对于各分子的渗透率等因素。基于膜和分子，渗透率可取决于分子尺寸、溶解度、性质或化学性质。如本文中的各种实施方式所公开的那样，半透膜可允许气体穿过但不允许液体穿过。在一些实施方式中，可透气膜可完整地形成于盖子上，或者作为不连续薄膜、连续薄膜或塞子被添加或附着至盖子上。

图3～9是根据另一些实施方式的取自图2中的线2-2的示意性截面图，显示了契合件28和开孔22的不同构型。在一些实施方式中，各开孔具有可透气膜。在一些实施方式中，各开孔不具有可透气膜。或者在一些实施方式中，开孔的一个子集具有可透气膜。在盖子的情况下，各开孔在主体19内定义开口，以允许主体的顶表面21与底表面31之间、或顶表面21与契合件28之间的区域之间流体连通，如图3中箭头A所示。当盖子与多孔板啮合时，各开孔在主体19内定义开口，以允许外部环境与多孔板的孔的内部之间流体连通(例如，如图10所示)，如箭头A所示。在图3所图示的实施方式中，可透气材料为毗邻盖子主体19顶表面21的可透气膜或层27。然而，在一些实施方式中，可透气材料27可毗邻顶表面21(参见例如图3)、毗邻主体的底表面31(参见例如图8和图9)、可作为塞子25填充开孔(参见例如图5)、可连续地横跨主体表面(参见例如图3和图8)或者可不连续地横跨主体表面(参见例如图7和图9)。不连续是指可透气膜可存在于盖子中或盖子上、覆盖一个或多个开孔、但不覆盖盖子的整个主体。可透气材料可为材料片或膜(例如，如图3所示)，或者可透气材料可为开孔22内的材料塞子25(例如，如图5和图6所示)或开孔22内的局部薄化材料区域23(例如，如图4所示)。在一些实施方式中，装置在开孔22中包含可透气材料层和作为塞子的可透气材料的组合，如图6中的25和27所示。

在图3所示的实施方式中，图示了可透气膜27位于主体19的顶表面上。在一些实施方式中，可利用任意本领域已知的方法使可透气膜附着于主体19的顶表面，包括热焊接、激光焊接、加压结合、粘合结合、超声波焊接或任意其它形成整体部件的方法。图3还显示了从主体19的底表面31延伸的契合件28，其构建成与多孔板的孔相啮合或契合(参见例如图11)。

各契合件28具有端面或远端面29和契合壁33。各端面或远端面可为任意形状。如图13、15和17所示，远端面可为凸面、凹面或平面、或这些形状的任意组合或任意其它形状。契合件构建成通过在契合壁33与多孔板的孔之间形成摩擦契合来与多孔板的孔相啮合(参见例如图10)。如图4所示，开孔的直径(Da)小于契合壁之间的距离(Df)，以将来自孔的蒸发减至最少。在一些实施方式中，契合件构建成与多孔板的孔的内侧相契合(图10A)。在一些实施方式中，契合件构建成与多孔板的壁的周围相契合，参见图10B。例如，孔可具有延伸超出多孔板的平面的孔的凸起顶环(参见例如美国专利号7531140)。术语“契合地啮合”是指契合件紧密地契合于孔顶部内或周围，从而在盖子20的契合件28的一个或多个契合壁33与孔开口15之间形成摩擦契合。

因为蒸发可在发生气体交换的地方发生(例如，在存在允许气体穿过盖子的可透气材料的地方发生，如图3中的箭头A所示)，保持开孔直径相对于契合件之间的距离(涉及孔开口的直径)较小能够将可能由多孔板的孔内所含液体引起的蒸发减至最少。

图4是根据一种实施方式的包含横跨开孔22的局部薄化薄壁23的盖子的截面图。在图4所示的实施方式中，局部薄化的薄壁23足够薄，以成为可透气材料。在该实施方式中，盖子20在单次成型工艺中作为单一部件进行模塑。因为开孔22底部处的薄壁23(在一些实施方式中，薄壁23也可为开孔的顶部或位于开孔内)足够薄，变得可透气，盖子允许气体交换穿过薄壁，进而到达孔15或从孔15逸出。该薄且可透气的壁还能够控制和最小化源自孔15的蒸发(未图示，但鉴于实施例、图10)。

在一些实施方式中，局部薄化部分可与盖子顶表面21、盖子底表面31(如图所示)齐平，或位于顶表面与底表面中间。在所图示的实施方式中，膜材料由与盖子相同的材料形成，例如聚苯乙烯、聚甲基戊稀、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯或聚丙烯酸酯，且薄壁23形成于开孔22的底部。可对盖子进行配置，从而对于各孔15提供一个或更多个对应的开孔22(例如每个孔提供1、2、3、4或5个盖子开口(参见图2中的22a))。

在一些实施方式中，可透气膜可为覆盖盖子主表面大部分顶表面的连续膜、覆盖位于盖子平面主表面顶表面处的各开孔或一小组开孔的不连续薄膜、各开孔内的可透气材料塞子或它们的组合。可透气材料可位于盖子的顶表面上、该盖子主体的底表面上、或开孔内。然而，可透气材料不位于契合件的端面或远端面上。在一些实施方式中，希望将多孔板的内容物与半透膜或可透气膜之间的接触降至最少。如果可透气膜位于契合件的远端面或端面处，则孔的内容物与膜接触的可能性上升。如果发生这种情况，则存在栓塞可能(被孔中的介质或液体内容物中的盐)或被孔的内容物污染的一定风险。

图5是包含填充开孔22的渗透材料25的气体塞子的盖子的截面图。在该实施方式中，可透气材料从盖子主体19的顶表面21延伸至底表面31。可透气材料25可为不同于用于形成盖子的材料的材料，且可透气材料25在形成盖子后再添加至盖子。即，盖子本身具有整体型刚性主体，具有顶表面、底表面和多个穿过主体的开孔，各开孔具有从主体底表面延伸的相关联的契合件，其中，各契合件构建成与多孔板的孔相契合。在一些实施方式中，盖子可在单次成型工艺中制成，或者可经过额外的制造步骤，包括添加与开孔相关联的可透气材料。例如，盖子可形成有或提供有一个或多个开孔，所述开孔至少部分填充有半透膜材料25。在一些实施方式中，半透膜可以是盖子所不可或缺的，即，不能轻易从盖子上分离或拆下。或者在一些实施方式中，可透气材料可以是可除去的。这些可使用包覆成型工艺结合入盖子的材料包括聚苯乙烯，聚甲基戊烯，聚四氟乙烯，聚碳酸酯，聚丙烯酸酯，聚氨酯，无纺人造丝，乙基纤维素，穿孔的乙酸酯和聚酯。盖子内的开孔22可与孔开口的中心对齐或不对齐。图5还图示了可选的凸起外围边缘24。凸起的外围边缘允许第二个多孔板堆叠在盖子10的顶部。

在一些实施方式中，开孔22在顶部侧或底部侧含有或覆盖有可透气材料。图6中示意性地图示了一种包含主体19的盖子的截面图，所述主体19具有顶表面21和底表面31、开孔22、从主体底表面延伸的契合件28，其还具有填充有半透或可透气材料25的开孔且还包含覆盖盖子的大部分顶表面21的连续薄膜27。如图6所示，盖子具有多个穿过盖子20的主体19的开口22和从盖子20的主体19的底表面31延伸的契合件28，所述开口22排布成与孔开口的每一个各自对齐，所述契合件28构建成与多孔板的孔相契合。契合件具有契合壁33和端面或远端面29。如图5的实施方式所示，开口至少部分填充有不同于用于形成盖子的材料的半透或可透气材料25。另外，如图6所示，各填充开口被至少一个可透气薄膜27覆盖。在一些实施方式中，可透气薄膜27是不能润湿的或防水的。

在一些实施方式，例如图7所示的实施方式中，薄膜27可以是不连续的，但其仍然覆盖开孔。如图6所示，薄膜27附着于盖子顶表面21上。然而，膜也可以可替代性地依附于盖子底表面31上(参见图8和图9)。当附着于盖子20的底表面31上时，可透气材料27薄膜可以是连续的(如图8所示)或不连续的(如图9所示)。在提供薄膜隔膜的实施方式中，开口可未填充(例如不含半透材料25)，如图7、8和9所示，或经过填充，如图6所示。在一些实施方式中，单一薄膜隔膜覆盖所有开口。在一些实施方式中，连续薄膜覆盖大部分(即，大于50％)顶表面或底表面。在一些实施方式中，可透气薄膜27可包含单层膜或多层膜。在一些实施方式中，多层膜是指具有两层或更多层完整且不可分离的亚层的复合薄膜。在一些附加的实施方式中，单层膜或多层膜可被聚合物筛网覆盖，以保护可透气膜在操作过程中不被直接接触。对于单层膜或多层膜，聚合物筛网可以是连续的或不连续的。聚合物筛网可由聚酯制成。

对于另一些半透膜材料，薄膜允许诸如氧气、二氧化碳、氮气和氨这样的气体通过，但抵御或基本上不允许水蒸气通过。在一些实施方式中，薄膜还对诸如二甲亚砜、甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺和二甲氧基乙烷这样的溶剂具有化学耐性。

薄膜可由任意可透气材料制成。可用于形成半透膜的示例性薄膜材料包括有机硅、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯、聚甲基戊稀、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、尼龙、无纺人造丝、乙基纤维素、醋酸纤维素。这些膜可以是无孔的、多孔的或穿孔的。其它示例性的薄膜材料包括多孔聚合物、多孔陶瓷和多孔类玻璃材料(glassy material)。在一些实施方式中，薄膜具有不超过0.2μm的平均(或最大)孔径。在一些实施方式中，可透气材料是与盖子相同的材料，但其足够薄以允许气体通过。

可使用耐溶剂粘合剂，例如胶或双面粘合带使薄膜依附于盖子的顶(或底)表面上。用于使薄膜形成或依附于盖子上的示例性方法包括但不限于注塑、包覆成型、热成形、真空成形、粘合结合、化学结合、热结合、加压结合、超声波结合、机械结合以及它们的组合。

图10A是一种被图2所示实施方式的盖子20覆盖的多孔板12的截面图。图10显示了与盖子20的契合件28啮合的多孔板12的壁40。在图10所示的实施方式中，半透或可透气材料27薄膜覆盖盖子20的顶表面21和开孔22。

图10A还显示开孔22的半径(Da)小于契合壁33之间的距离。在图10A所示的实施方式中，契合壁与多孔板的孔15的内侧相契合。即，契合壁33相对于孔壁40契合且与孔壁40形成摩擦密封。

在图10B所示的实施方式中，契合件28与多孔板的壁的外侧或周围相契合。即，契合壁33相对于孔壁40契合且与孔壁40形成摩擦密封。在两种实施方式的任一种中，Df是指契合壁33之间的距离。契合壁是指相对于多孔板的壁40形成摩擦密封的契合件28的壁。

图11是根据一种实施方式的盖子20的下侧的透视图。在该实施方式中，契合件28的远端面29是凹面。图12是图11中所示盖子的截面图，其与多孔板12的孔15的孔壁40啮合，该图显示了契合件28的凹面远端面29和开孔22。图12是取图11所示的线11-11的与多孔板契合的盖子的截面图。在图11和图12所示的实施方式中，契合件是圆形的，且构建成与多孔板的圆形孔15的内侧相契合。从图11中可以看出，Da(开孔22的直径)小于Df(契合件28的契合壁33之间的距离)。在图11、13和15所示的实施方式中，也可将契合壁之间的距离Df视为契合件的直径。

图13是根据另一种实施方式的盖子20的下侧的透视图。在该实施方式中，契合件28的远端面29是凸面。图14是取自图13中的线13-13的所示盖子20的截面图，其与多孔板12的孔15的壁40啮合，该图显示了契合件28的凸面远端面和开孔22。

图15是根据一种实施方式的盖子的下侧透视图，其中，契合件的远端面29是平面，且契合件与多孔板的孔15的内侧相契合。图16是取图15所示的线15-15的与多孔板契合的盖子的截面图。图16显示，在一些实施方式中，不是多孔板的每个孔都具有盖子中的相关联的开孔。或者换言之，多孔板可在孔之间具有空隙或可共享孔壁。

尽管盖子可具有开放的开孔(例如，如图3所示)，在一些实施方式中，可透气或半透膜能够提供使板的孔内保持无菌并允许孔与外部环境之间进行恒定气体交换的物理屏障。半透膜还起到了均匀地将多孔板的所有孔中的蒸发降至最少的作用，进而消除了边缘效应。在一些所示的实施方式中，半透膜能够阻止穿过盖子而发生的扩散和蒸发且不具有供污染物可能通过并进入多孔板孔的开放开孔。在细胞培养试验中，例如，培养介质具有某些生理和化学性质，包括pH、氧气和二氧化碳浓度以及温度，以支持细胞的生长和增殖。

细胞培养介质中的诸如氧气和二氧化碳这样的气体处于溶解状态。需要氧气来进行细胞代谢，虽然过高的氧气浓度可因为自由基的产生而具有毒性。可能是细胞代谢副产物和营养物的二氧化碳以多种形式存在，例如碳酸(H₂CO₃)以及碳酸氢盐(HCO₃ ^-)与氢离子的混合物。

许多细胞培养是在补充二氧化碳的气氛条件(20～21％的氧气)下进行的(特别是0～10％以保持介质的pH)。然而，体内的氧气浓度远低于大气空气。例如，大脑中的氧气浓度可在0.5～7％的范围内；眼睛中的氧气浓度可在1～5％的范围内；肝脏、心脏和肾脏中的氧气浓度可在4～12％的范围内；而子宫中的氧气浓度可在3～5％的范围内。其结果是，许多研究显示在低于大气水平的氧气水平下(即缺氧条件下)细胞产率更高功能更强。

在一些实施方式中，对于氧气和二氧化碳，半透膜在25℃下具有至少0.1×10^- ⁶cm²s^-1的扩散系数。

在一些实施方式中，各盖子开孔23的截面尺寸(例如直径)小于对应孔开口的尺寸。在一些实施方式中，盖子开孔23的面积与孔开口的面积的比值在5～99％、例如5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、95或99％的范围内，包括任意上述数值之间的范围。在一些实施方式中，盖子开孔23具有0.005～0.05英寸、例如0.005、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045或0.05范围内的直径，包括任意上述数值之间的范围。盖子开孔22的形状可为圆形，然而，它们的形状也可为例如椭圆形、正方形、矩形或三角形。如本文所用，盖子开孔23的尺寸或直径是指开口边沿之间的最长距离，而使用术语“直径”不意味着膜必须是圆形的。

盖子20可使用常规的塑料或玻璃成形工艺来制造。如果盖子是由塑料或聚合物材料制成，则可对盖子进行注塑。盖子和半透膜可同时形成，例如，可由相同的材料在诸如图2所示的单次成型工艺中形成。或者，半透膜可在单独的步骤中形成，例如通过将膜材料包覆成型入开口中，所述开口在之前步骤中被限定在板中，并且/或者通过在这些开口上提供可透气薄膜来形成，分别如图3和图4所示。

回到图1和图5，在一些实施方式中，盖子20包含凸起的外围挡边24，调整所述外围挡边24以允许另一个多孔板堆叠在盖子的顶部而不会遮蔽半透膜。根据某些实施方式，外围挡边24的高度可至少约为0.025英寸。

在一些实施方式中，盖子20还包含裙边26。在一些实施方式中，裙边可短、中等长度或长。例如，裙边可具有与标准多孔板的高度大致相同的高度。对于浅的盖子，该高度通常至少约为0.190英寸，对于深的盖子，该高度通常至少约为0.310英寸。也可考虑更长的裙边。

如图3～9所示，盖子20包含多个从主体19的底表面31延伸的契合件28。还如图10、12和14所示，契合件28垂直地从盖子20的底表面31延伸，并且位于开口22的外围。调整契合件28的形状和尺寸以与相对应的多孔板12的孔的侧壁40摩擦啮合。当盖子覆盖板时，该啮合限制了盖子的横向(平面内)和垂直(平面外)移动，且帮助将盖子固定在原位，从而减少了发生孔至孔交叉污染的可能性。与形成于盖子内的开口相对齐的契合件将来自孔的蒸发速率降至最低。契合件的数量、尺寸和形状以及它们在盖子下侧整体中的排布取决于所使用的多孔板，具体而言，取决于板中孔的数量、尺寸、形状和排布。板可具有任意数量的任意排布的孔。

在一些实施方式中，多孔板盖子包含平面主体，所述主体具有顶表面、底表面和从主体向下延伸并限定其侧壁的外围裙边。在主体中提供多个开口，且半透膜设置在各开口上或者至少部分设置在各开口内。半透膜包含(i)覆盖每一个开口的连续薄膜、(ii)主体的局部薄化部分、或(iii)多种至少部分填充各开口的材料。试验或细胞培养装置包含多孔板和这样的盖子。

盖子的契合件和平面主体可具有整体型构造，即，契合件由与形成盖子所使用的材料相同的材料形成(即，在相同的盖子成形工艺中同时形成)。或者，契合件可作为单独的个体(由与盖子主体的材料相同的材料或不同的材料)形成并依附于盖子上。当契合件与盖子分别形成时，可通过使用诸如胶或双面粘合带这样的耐溶剂粘合剂使它们依附于盖子的下侧。用于使契合件形成或依附于盖子上的示例性方法包括但不限于注塑、包覆成型、热成形、真空成形、粘合结合、化学结合、热结合、加压结合、机械结合、超声波焊接以及它们的组合。契合件可由诸如有机硅、橡胶和氯丁橡胶这样的非刚性的柔性材料形成。在一些实施方式中，契合件的暴露表面是不润湿的。

本文公开了一种用于多孔板的半透膜，各种实施方式中的盖子包含基本上平面的主体，所述主体具有顶表面和底表面；从主体周界向下延伸以形成侧壁的裙边；从盖子底表面伸出的契合件阵列，所述契合件配置成与各孔开口的内表面或各孔开口的外表面啮合；以及多个形成于主体内的开孔，每一个开孔或多个开孔与盖子契合件中的一个相对应。在一些实施方式中，盖子还包含形成于开孔内或开孔上的可透气膜，其可由盖子主体材料形成，或可包含不同的材料。半透膜可包含可透气的不润湿薄膜。

本文所述的盖子使得连续和均匀的气体交换能够进出多孔板的孔，减少了蒸发，且通过提供物理屏障，限制例如板搅动和振荡过程中孔之间的交叉污染。

这种盖子是牢固且易于例如人工或自动化设备操作的，是可重复使用的，适用于高通量筛选，且因其设计而能够廉价制造。进而，本文所述的试验或细胞培养装置可用于培养细菌、酵母、真菌和藻类以及诸如例如哺乳类动物细胞、植物细胞和昆虫细胞这样的细胞。

在一些实施方式中，装置还可包含经过调整以契合在盖子上的盖板。该盖板可包含与盖子中的开口对齐的开口阵列以及在组装后的装置周界处形成侧壁的向下延伸的裙边。该盖板可由陶瓷、不锈钢或其它金属形成，使得例如使用(例如搅动)过程中，盖板的重量能够改善盖子与微板之间的密封。

实施例

在125mL振荡烧瓶(康宁股份有限公司(Corning))中，在30mL的Sf900-II介质(生命技术公司(Life Technologies))中保持Sf9细胞的悬浮培养。培养物在以下条件下培养：28℃、不控制CO₂、在定轨振荡器(15mm轨道)中以约125rpm进行恒定搅动。对于低蒸发盖子的研究，将细胞以3.0mL介质中约0.5×10⁶/mL活细胞接种到24-正方形深孔板(康宁爱思进(Corning Axygen))中。培养物在以下条件下培养：28℃、不控制CO₂、在定轨振荡器(19mm轨道)中以约300rpm进行恒定搅动。每天使用Vi-Cell^TM分析仪(贝克曼库尔特公司(BeckmanCoulter))对活细胞的密度和百分存活率进行评估。

显示Sf9昆虫细胞培养物上的蒸发数据和蒸发效果的数据示于图17。Sf9细胞是在28℃、25～40％相对湿度下的振荡条件下在以下三种容器中培养的：(i)利用根据图16所示的实施方式的盖子密封的24-正方形深孔板(具有覆盖开孔的可透气膜)(盖子)、(ii)仅利用可透气膜密封的24-正方形深孔板(膜)、以及(iii)带通气帽的125mL Erlenmeyer(振荡)烧瓶(西格玛公司(Sigma)，产品编号CLS431143)(烧瓶)。

如图17A所示，来自利用按照一种示例性实施方式制成的盖子密封的多孔板的蒸发显著少于来自利用可透气膜密封的多孔板的蒸发，特别是当在培养装置内使用这些板并经过一段延长的时间后尤为如此。对于长期细胞培养应用，蒸发可显著影响多种参数，例如总细胞计数、平均细胞直径和活细胞的密度，如图17B～D所示。

图17B～D显示，当Sf9昆虫细胞在仅利用可透气膜密封的多孔板中培养时，随着时间的推移，伴随蒸发增加的是总细胞数的显著减少、平均细胞直径的显著增大以及活细胞密度的略微降低。另一方面，在利用按照本公开中的实施方式制造的盖子密封的多孔板中培养的细胞显示与在装备有通气帽的常规烧瓶中培养的细胞相当的形态和生长。

在另一个实验中，评价了不同的薄膜隔膜材料。对于在深孔板中培养的CHO细胞，将聚氨酯对照膜的气体扩散性能与Trycite^TM和TPX膜的性能进行比较。

在125mL振荡烧瓶中，在补充有8m康宁Mglutagro^TM和10mL/L的HT(次黄嘌呤、胸苷)(联发科技股份有限公司(Mediatech,Inc.))的30mL CD OptiCHO介质(生命技术公司)中保持CHO细胞的悬浮培养。培养物在以下条件下培养：37℃、8％的CO₂、在定轨振荡器(19mm轨道)中以约130rpm进行恒定搅动。对于低蒸发盖子的评价，将细胞以2.5mL介质中约0.15×10⁶/mL活细胞接种到24-正方形深孔板(康宁爱思进(Corning Axygen))中。培养物在以下条件下培养：37℃、8％的CO₂、在米尼管振荡器(50mm轨道，伊孚森生物技术有限公司(Infors AG))中以约225rpm进行恒定搅动。每天使用Vi-Cell^TM分析仪(贝克曼库尔特公司(Beckman Coulter))对活细胞的密度和百分存活率进行评估。

尽管三种膜材料的细胞数据相当，但在细胞培养介质中在CO₂、HCO₃ ^-和乳酸浓度方面观察到明显差异。参考表1，当使用Trycite^TM或TPX膜时，气体浓度明显高于对照例，而细胞培养介质中的乳酸浓度可以忽略不计。以上结果表明，当使用Trycite^TM和TPX膜时，细胞生物学发生显著改变。表1中，氧气和二氧化碳的分压以mmHg测量，乳酸含量以g/L测量，碳酸根离子浓度以mmol/L测量。

表1

复孔中的试样	pO<sub>2</sub>	pCO<sub>2</sub>	乳酸	HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>
					对照例	165.20	30.45	3.02	5.05
Trycite<sup>TM</sup>膜	171.85	47.55	<0.2	19.95
					TPX膜–25μm	165.45	50.25	<0.2	33.60
TPX膜–50μm	160.70	41.80	<0.2	28.40

除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，除非上下文另外清楚地说明，否则，例如对“对齐特征”的引用包括具有两种或更多种此类“契合件”的例子。

术语“包括”或“包含”意为包括但不限于，即内含而非排它。

术语“附着”或“依附”表示两个部件通过本领域已知的任意手段互相堆叠，所述手段包括例如热焊接、激光焊接、加压焊接、粘合剂连接、注塑、包覆成型、热成形、真空成形、粘合剂结合、化学结合、热结合、加压结合、机械结合以及它们的组合或将两个部件结合在一起的其它方式。“附着”或“依附”不包括使用附加的固件来将两个部件连接在一起，例如使用夹具、螺丝、螺栓、夹子或其它固件，除非另有说明。

“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件、情形或组分可能发生，也可能不发生，而且该描述包括事件、情形或组分发生的实例和所述事件或情形不发生的实例。

本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这种范围时，例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一方面个。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。

“整体(型)”表示作为单一部件制造或生产，且包含单一部件以及依附于单一部件的部件，当部件以普通使用下的方式依附时，这些部件不会彼此拆散或分离。例如，具有依附于盖子的半透或透气膜的盖子是整体型部件。反之，可(在不破坏部件的条件下)拆成其组件部件的部件不是“整体型”的。例如，具有可除去的柔性衬垫的盖子不是“整体型”的。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。在任一项权利要求中所述的任何单个或多个特征或方面可以结合任一项或多项其它权利要求中所述的任何其它特征或方面或与任一项或多项其它权利要求中所述的任何其它特征或方面置换。

还要注意本文中涉及将部件“配置成”或“调整”或“构建成”的描述以特定的方式起作用。就这方面而言，使这样一个组件“配置成”或“使其适于”是为了具体表现特定的性质，或者以特定的方式起作用，这样的描述是结构性的描述，而不是对预期应用的描述。更具体而言，本文所述的将组件“配置成”或使其“适于”的方式表示该组分现有的物理条件，因此可以将其看作该组件的结构特征的限定性描述。

虽然会用过渡语“包含”来公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由……构成”或“基本上由……构成”描述在内的替代实施方式。因此，例如，包含不润湿薄膜的半透膜所暗含的替代性实施方式包括：半透膜由不润湿薄膜构成的实施方式和半透膜基本上由不润湿薄膜构成的实施方式。

对本领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离本公开的范围和精神的情况下对本文所述的具有创造性的技术进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本文所述的具有创造性的技术的精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本文所述的具有创造性的技术包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims

1.一种多孔板的盖子，其包括：

整体型刚性主体，所述主体具有顶表面、底表面和多个位于所述主体内的开孔；

各开孔具有可透气材料和相关联的契合件，各契合件具有契合壁和远端面，其中，所述可透气材料选择性地允许气体穿过但限制液体穿过；

其中，契合件从所述主体的所述底表面延伸；

其中，各契合件构建成与多孔板的孔相契合；且

其中，各开孔的直径Da小于相关联的契合件的契合壁之间的距离Df。

2.如权利要求1所述的盖子，其特征在于，包含多个与至少一个契合件相关联的开孔。

3.如权利要求1或2所述的盖子，其特征在于，各契合件构建成与多孔板的孔的周围相契合。

4.如权利要求1或2所述的盖子，其特征在于，各契合件构建成与多孔板的孔的内侧相契合。

5.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，所述契合件的所述远端面是凹面、凸面或平面。

6.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，所述可透气材料包括覆盖所述盖子的主表面的大部分所述顶表面的连续薄膜。

7.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，所述可透气材料包括覆盖所述盖子的平面主表面的所述顶表面处的每一个开孔的不连续薄膜。

8.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，所述可透气材料包括在各开孔中的可透气材料塞子。

9.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，还包括在各开孔中的可透气材料的塞子。

10.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，还包括在所述主体的所述顶表面上的凸起的外围挡边，所述外围挡边构建成允许附加的多孔板堆叠在所述盖子的顶部。

11.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，所述主体包含不锈钢、玻璃、陶瓷、或选自下组的聚合物材料：聚苯乙烯、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯酸酯。

12.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，所述盖子包含选自下组的聚合物材料：聚苯乙烯、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯和聚丙烯酸酯。

13.如权利要求11所述的盖子，其特征在于，所述可透气材料包括形成所述盖子的所述聚合物材料的局部薄化层。

14.如权利要求13所述的盖子，其特征在于，所述盖子是单次成型部件。

15.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，所述可透气材料选自下组：聚苯乙烯，聚甲基戊烯，聚四氟乙烯，聚碳酸酯，聚丙烯酸酯，聚氨酯，无纺人造丝，乙基纤维素，穿孔的乙酸酯和聚酯。

16.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，所述可透气材料不同于形成所述主体的材料。

17.如权利要求6所述的盖子，其特征在于，所述薄膜包含单层膜或多层膜。

18.如权利要求7所述的盖子，其特征在于，所述薄膜包含单层膜或多层膜。

19.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，还包括聚合物筛网。

20.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，还包括裙边。

21.如权利要求1～2中任一项所述的盖子，其特征在于，还包括多孔板。

22.如权利要求21所述的盖子，其特征在于，包括与多孔板单独密封的孔阵列。