CN107557297B - 用于生物材料的联合式培育和玻璃化的设备 - Google Patents

用于生物材料的联合式培育和玻璃化的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的设备，该设备包括外壳、一个或多个图像捕捉仪器、冷冻装置、一个或多个操控单元、移动装置和控制系统，其中，外壳包括一个或多个培养皿室，每个室适于容纳包含生物材料的培养皿，每个培养皿包括用于容纳生物材料的培养孔，图像捕捉仪器适于捕捉容纳于培养皿中的生物材料的图像，冷冻装置用于冷却生物材料且设置于冷冻区中，培养皿室和冷冻区共同界定操作区，每个操控单元包括配置为抓取和移动操作区中的元件和/或化学/生物材料的一个或多个机器人臂，移动装置配置为相对于培养皿移动图像捕捉仪器，控制系统配置为允许使用者输入待由设备执行的预定操作方案以及依照方案控制设备。

Description

用于生物材料的联合式培育和玻璃化的设备
技术领域
本发明涉及体外受精领域。更具体而言，在第一方面，本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的设备。第二方面，本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的系统。第三方面，本发明涉及与按照本发明第一方面所述设备共同使用的培养皿。第四方面，本发明涉及分别按照第一、第二、第三方面所述的设备或系统或培养皿在有活力生物材料的培育和玻璃化中的用途。
发明背景
在最近的几十年中，体外受精(IVF)的发展已经获得了显著改进的方法和技术，从而实现出生率提高方面的成功率提高，这与源自这些技术的成功出生有关。
体外受精涉及从女性卵巢获取成熟卵子，用精子使卵子受精，在受控环境中培育受精卵，并随后将受精的并经过培育的卵子植入女性子宫。
众所周知，由于体外受精最常用于在自然方式受孕中遇到问题的女性或夫妇，从而指示夫妇中男方或女方或双方的生育能力有一定程度降低，并且由于体外受精技术涉及费用非常昂贵的操作，这些体外受精技术常常以寻求最佳效率的方式实施，特别是考虑到通常需要多次将受精卵植入女性子宫从而实现成功受孕。
因此，为了使体外受精技术有效，在从卵巢获得卵子之前，女性通常接受激素治疗。
这样的激素治疗会使女性卵巢不仅排出一个卵子，而是一次排出多个卵子。
然后，使这些卵子立即受孕和培育，或者将卵子在冷冻条件下保存，目的是在未来进行体外受精。然而，由于进行了激素治疗，必须经过一段时间后女性身体才能准备好接受受精卵。
已经开发出涉及卵子自身以及受精卵的冷冻保存的技术。
在生物样品(例如卵子或受精卵)的冷冻保存中，所遇到的挑战是避免由于生物样品中晶体形成而对生物样品产生机械损伤，晶体形成可能在物理上破坏生物样品中负责代谢的细胞器。
为了避免生物样品中的晶体形成，已发明出称为玻璃化的技术。因此，玻璃化涉及以一定方式制备有活力生物材料，使得生物材料的冷冻可以在冷冻时晶体形成不会发生或至少在有限的范围内发生。
玻璃化可以涉及用一种或多种“玻璃化液体”(也称为“冷冻保护剂”)来处理生物样品。可以涉及渗透作用，使得在冷冻步骤之前使水从生物样品排出。
用于受精和未受精的卵子的玻璃化的设备已被开发出来。WO 2014/106286 A1公开了用于诸如卵母细胞或胚胎的生物样品的玻璃化的设备和方法。其设备包括用于容纳托盘的室，托盘包括一个或多个分开的生物样品。托盘包括多个槽，每个夹子包括生物样品。托盘还包括多个小瓶，每个小瓶包括玻璃化液体。自动化装置提供移液管的自动化移动，目的在于通过向含有玻璃化液体的槽和从容纳玻璃化液体的槽添加和移出玻璃化液体来制备用于冷冻保存的生物样品。
向生物样品和从生物样品添加和移出玻璃化液体是依照预定流程和方案实施的。
将生物样品置于不同玻璃化液体后，通过自动地将盖设置于槽上而将容纳生物样品的槽自动密封，从而将生物样品与周围环境密封。随后，容纳一个或多个分别的生物样品的槽被手动浸没于容纳于容器的液态氮气中，该容器是设备的一部分，但是是设备可拆分的部件。
WO 2014/106286 A1公开的设备不包括用于监测生物材料的电子图像捕捉装置。此外，WO 2014/106286 A1公开的设备不适于监测和控制有活力生物材料在自身培育过程中的发展。
如之前的部分中所述，卵母细胞和受精卵(诸如胚胎)可以进行玻璃化。对于受精卵而言，在受精卵的玻璃化之前，对卵子进行受精。这样的受精和得到的受精卵的后续培育在培育箱中实施。应当注意到，可用多个不同培育箱。其中的一些允许控制培育的生物材料的环境，例如控制生物材料周围气体的温度和组成。其他类型的培育箱包括用于监测生物材料的图像捕捉装置。其中的一些包括时移技术，其允许监测生物材料，从而确定对于寻找将受精卵植入女性子宫的正确时机中最适宜的细胞分裂阶段。
但是，这些培育箱均不包括用于实施生物材料玻璃化的装置。
现有技术中的用于生物材料玻璃化的设备均不能提供完全自动化的玻璃化过程，包括完全自动化的生物材料的准备步骤和/或后续冷冻过程。
第三，现有技术中的用于生物材料玻璃化的设备均不能提供玻璃化过程的图像捕捉。
发明概述
本发明的目的在于提供能克服这些不足的设备和应用。
本发明在其不同方面实现上述目的。
因此，第一方面，本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的设备100，所述设备包括：
外壳，其具有沿纵向的延伸部分和沿横向的延伸部分，所述外壳包括：
一个或多个培养皿室，每个室适于容纳一个或多个包含生物材料的培养皿，每个所述培养皿包括一个或多个用于容纳所述生物材料的培养孔；
其中所述设备包括一个或多个图像捕捉仪器，所述图像捕捉仪器适于捕捉容纳于所述一个或多个培养皿中的所述生物材料中的一个或多个的图像；
其中所述设备包括冷冻装置，用于在冷冻温度下冷却生物材料，所述冷冻装置被设置于与所述一个或多个培养皿室不同位置的冷冻区中；
其中所述一个或多个培养皿室和所述冷冻区共同界定操作区；
其中所述设备包括一个或多个操控单元，所述一个或多个操控单元中的每个包括一个或多个机器人臂，所述一个或多个机器人臂被配置为抓取和移动所述操作区中的元件和/或化学/生物材料；
其中所述设备包括移动装置，所述移动装置被配置为相对于所述培养皿移动所述图像捕捉仪器；
其中所述设备包括用于控制其操作的控制系统，其中所述控制系统被配置为允许使用者输入待由所述设备执行的预定操作方案；并且其中所述控制系统被配置为依照所述方案控制所述设备。
第二方面，本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的系统，所述系统包括：
如本发明第一方面所述的设备，并组合有一个或多个培养皿。
第三方面，本发明涉及第二方面所述的培养皿。
第四方面，本发明涉及如本发明第一方面所述的设备或如本发明第二方面所述的系统或如本发明第三方面所述的培养皿用于有活力生物材料的培育和玻璃化中的用途。
第五方面，本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的方法，其中利用如本发明第一方面所述的设备实施所述方法。
在多个方面中，本发明在实施有活力生物材料的联合式培育和玻璃化时提供了提高的处理质量。
由于可以完全自动化控制本发明的设备，从而最小化由人为操作和/或人为作用导致的过程变数，因此能够使用本发明的设备进行研究目的，致力于寻找有活力生物样品(例如胚胎或卵母细胞，诸如人胚胎或人卵母细胞)的培育和玻璃化的最佳条件。
通过运行大量培育和玻璃化实验，其中一个实验与另一实验之间仅变化一个参数，能够利用本发明的设备寻找到培育和玻璃化的最佳条件。
如上文所述，由于能够完全自动化控制本发明的设备而确保实验之间不变的操作方案，本发明的设备允许最小化由人为干预导致的实验条件的非故意波动，因此可以实施精确实验。
按照这样的方式，可以优化每个参数，并最终可以获得一套完整的用于有活力生物材料的培育和玻璃化的最佳参数。
一旦建立了这样的最佳参数，本发明的设备还可以在商业上用于有活力生物材料(例如诸如人胚胎或人卵母细胞)的商业化培育和玻璃化。
附图简要描述
图1是本发明的设备的立体图。
图2以立体图显示了与本发明的设备一起使用的移动装置的一个实施方案。
图3以立体图显示了与本发明的设备一起使用的图像捕捉仪器的近景图。
图4以立体图显示了与本发明的设备一起使用的机器人移液臂形式的操控单元的一个实施方案。
图5以立体图显示了与本发明的设备一起使用的移液泵的一个实施方案。
图6以立体图显示了与本发明的设备一起使用的机器人皿密封臂形式的操控单元的一个实施方案。
图7以立体图显示了与本发明的设备一起使用的培养皿的一个实施方案。
图8a、8b和8c以不同视角显示了图7的培养皿。
发明详细描述
第一方面，本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的设备，所述设备包括：
外壳，其具有沿纵向的延伸部分和沿横向的延伸部分，所述外壳包括：
一个或多个培养皿室，每个室适于容纳一个或多个包含生物材料的培养皿，每个所述培养皿包括一个或多个用于容纳所述生物材料的培养孔；
其中所述设备包括一个或多个图像捕捉仪器，所述图像捕捉仪器适于捕捉容纳于所述一个或多个培养皿中的所述生物材料中的一个或多个的图像；
其中所述设备包括冷冻装置，用于在冷冻温度下冷却生物材料，所述冷冻装置被设置于与所述一个或多个培养皿室不同位置的冷冻区中；
其中所述一个或多个培养皿室和所述冷冻区共同界定操作区；
其中所述设备包括一个或多个操控单元，所述一个或多个操控单元中的每个包括一个或多个机器人臂，所述一个或多个机器人臂被配置为抓取和移动所述操作区中的元件和/或化学/生物材料；
其中所述设备包括移动装置，所述移动装置被配置为相对于所述培养皿移动所述图像捕捉仪器；
其中所述设备包括用于控制其操作的控制系统，其中所述控制系统被配置为允许使用者输入待由所述设备执行的预定操作方案；并且其中所述控制系统被配置为依照所述方案控制所述设备。
本发明第一方面所述设备的允许有活力生物材料的自动化培育和玻璃化，从而能够精准并正确地实施用于处理生物材料的预定方案，因此避免由于人为干预导致的既定方案的错误和偏差。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，设备包括一个或多个个体培养皿室；例如2-25，诸如3-24，例如4-23，诸如5-22，例如6-21，诸如7-20或8-19，诸如9-18，例如10-17，诸如11-16，例如12-15或13-14个个体培养皿室。
这样数量的单独的培养皿室允许在研究情况下建立多个平行方案，其中每个方案在一个培养皿室与另一培养皿室之间仅存在一个参数的差异，从而可以确定具体类型的有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的优化方案。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述个体培养皿室中的一个或多个、优选全部所述个体培养皿室包括个体室盖。
通过对个体的且单独的培养皿室提供其自身的个体盖，能够独立于其他培养皿室的环境而确保一个培养皿室的环境可以保持在预定条件下。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，设备还包括温度调节装置，用于分别调节所述个体培养皿室中的一个或多个、优选全部所述个体培养皿室中的温度。
通过对个体的且单独的培养皿室提供其自身的用于分别调节温度的个体温度调节装置，能够独立于其他培养皿室的环境而确保一个培养皿室的环境可以保持在预定条件下。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，温度调节装置包括加热装置，例如一个或多个电加热元件；和/或冷却装置，例如一个或多个珀尔帖元件。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，设备还包括气体组分调节装置，用于分别调节所述个体培养皿室中的一个或多个、优选全部所述个体培养皿室中的气体组分，例如氧气、二氧化碳和/或氮气的浓度。
通过对个体的且单独的培养皿室提供其自身的用于分别调节气体组分的个体气体组分调节装置，能够独立于其他培养皿室的环境而确保一个培养皿室的环境可以保持在预定条件下。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，设备对于每个个体培养皿室包括图像捕捉仪器。
对每个个体培养皿室提供图像捕捉仪器，确保能够捕捉容纳于每个个体培养皿室中的每个培养皿中每个培养孔的图像。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，按照下述方式配置所述移动装置：所述图像捕捉仪器适于相对于所述培养皿移动，从而允许捕捉容纳于所述培养皿中的每个生物材料的图像。
允许一个图像捕捉仪器负责捕捉容纳于不同培养皿室的生物材料的图像，能够节省设备生产的制造成本。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，对于一个或多个培养皿室、优选全部培养皿室，所述培养皿室包括用于容纳培养皿的架，其中按照下述方式配置所述移动装置：允许所述架相对于所述图像捕捉仪器发生移动，优选通过旋转，从而允许捕捉容纳于培养皿中的每个生物材料的图像。
按照这样的方式，单个图像捕捉仪器可以捕捉容纳于不同培养皿室的生物材料的图像。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，诸如对于一个或多个培养皿室、优选全部培养皿室，所述培养皿室包括移液管泵，所述移液泵被配置用于将流体移入和移出所述培养皿的所述培养孔。
移液泵允许向培养皿的一个或多个培养孔添加培养基和冷冻保护剂或从中移出培养基和冷冻保护剂。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，对于一个或多个培养皿室、优选全部培养皿室，所述培养皿室包括一个或多个移液管架，其包括一个或多个移液管。
移液管架可以作为已使用和/或未使用的移液管的保持器，从而允许在设备工作过程中交换移液管，目的在于避免有活力生物材料的任何污染。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，对于一个或多个培养皿室、优选全部培养皿室，所述培养皿室包括一个或多个用于贮存培育液和/或冷冻保护剂的容器。
向培养皿室提供这样的容器，能允许容易地使用培育液和/或冷冻保护剂。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，每个所述一个或多个容器包括密封注射器端帽。
密封注射器端帽能最小化培育液和/或冷冻保护剂的污染风险，同时允许移液管进入容器的内部。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，对于所述个体培养皿室中的一个或多个、优选对于每个个体培养皿室，所述个体培养皿室包括用于携带培养皿的透明架；并且其中所述图像捕捉仪器被设置于所述架下方，并且适于移动，从而通过所述架实现捕捉容纳于所述培养皿中的生物材料的图像。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，对于所述个体培养皿室的一个或多个、优选对于每个个体培养皿室，所述个体培养皿包括一个或多个透明壁。
在该实施方案中，所述图像捕捉仪器可以被配置为在水平方向或基本水平方向聚焦。
在该实施方案的一个实施方案中，所述图像捕捉仪器被配置为能相对于所述个体培养皿室的内部、沿所述一个或多个个体培养皿室在所述透明壁外部的位置移动。
图像捕捉仪器的这样的移动可以在所述一个或多个培养皿室前方或所述一个或多个培养皿室后方，同时仍存在于设备的外壳内。
提供有透明壁的一个或多个培养皿室和所述图像捕捉仪器可以被配置为在水平方向或基本水平方向聚焦的这些实施方案允许使用其他类型的培养皿。这样的培养皿可以为具有顶部表面的扁平元件的形式，其中一个或多个培养孔被设置于所述顶部表面；并且其中这些类型的培养皿被配置为在培育和/或玻璃化过程中以直立或垂直定向设置。
这些不同的设置允许容易地由图像捕捉仪器捕捉一个或多个培养皿室的图像。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，对于所述个体培养皿室的一个或多个、优选对于每个个体培养皿室，所述个体培养皿室包括以下中的一个或多个：pH传感器、温度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器。
这样的传感器允许监测具体培养皿室中的环境。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述冷冻装置包括容器，用于贮存液态气体，例如液态氮气；用于贮存液态气体的所述容器与所述一个或多个培养皿室相分离。
例如液态氮气的液态气体容易获得并且费用低，并且作为冷冻源提供了有效的冷冻手段。
但是，在本说明书和后附权利要求中，术语“冷冻装置”应当理解为表示用于贮存液态气体的容器本身。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述设备包括输入装置，用于允许使用者编辑和选择待由所述设备执行的一个或多个操作方案。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述设备包括显示器，用于向操作者显示所述设备运行的状态和/或进展。
这样的输入装置和显示器允许操作者控制和监测设备运行。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述设备包括图像处理单元，于处理由所述图像捕捉仪器捕捉的图像。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述图像处理单元被配置为能从由所述图像捕捉仪器捕捉的图像提供所述个体生物材料中一个或多个的时移图像系列。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述图像捕捉仪器包括显微镜，用于捕捉所述生物材料的近摄图像。
时移成像允许使用者监测具体有活力生物材料的发展，目的在于评估该材料的质量，从而能选择具体生物材料用于进一步处理步骤。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，对于所述个体培养皿室中的一个或多个、优选对于每个个体培养皿室，所述个体培养皿室包括盖保持装置，用于容纳所述培养皿的或所述培养皿的个体培养孔的一个或多个盖。
为培养皿室提供这样的盖，允许容易地使用这样的盖，从而能在冷冻过程前密封个体培养皿和/或个体培养皿的个体培养孔。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述一个或多个操控单元中的一个包括机器人皿密封臂，其中所述机器人皿密封臂被配置用于密封容纳于所述培养皿室中的一个或多个培养皿或密封培养皿的孔。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述机器人皿密封臂为机器人盖安装臂的形式，其被配置为能从所述培养皿室中抓取盖、移动所述盖并将所述盖安置于容纳于所述培养皿室中的培养皿的顶部或培养皿的孔的顶部。
因此，设备可以配置为能依照预定方案自动化密封培养皿或培养皿的一个或多个孔。在实施冷冻步骤之前，培养皿或培养皿的个体培养孔的密封是必要的。
但是，在本说明书和后附权利要求中，术语“机器人皿密封臂”应当解释为表示这样的机器人臂，其被配置为能提供实现培养皿的一个或多个培养孔与周围环境的密封的移动。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述一个或多个操控单元中的一个包括机器人移液臂，所述机器人移液臂包括移液管，并且其中所述机器人移液臂被配置为移动所述培养皿室中的所述移液管，从而允许向容纳于所述培养皿室中的培养皿的一个或多个培养孔或从容纳于所述培养皿室中的培养皿的一个或多个培养孔抽取和/或添加液体和/或悬液。
因此，设备可以配置为依照预定方案自动化更换培养皿的一个或多个孔中的培育液和/或冷冻保护剂。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述一个或多个操控单元中的一个包括机器人培养皿移动臂，其中所述机器人培养皿移动臂被配置为能抓取培养皿并将其在所述设备的所述培养皿室和所述冷冻区之间移动。
因此，设备可以配置为将培养皿从具体培养皿室自动化移动至冷冻区，从而将该培养皿置于冷冻条件下。
机器人培养皿移动臂和机器人皿密封臂(诸如以机器人盖安装臂的形式)可以整合为一个相同的臂。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，所述机器人臂中的一个或多个独立地包括基座，并且其中所述机器人臂可枢转地安装于所述培养皿室中的所述基座，并且其中所述机器人臂在其相对端部包括工作端部，所述机器人臂的所述工作端部能独立地三维移动。
以此方式，确保机器人臂移动的灵活性。
在本发明第一方面所述设备的一个实施方案中，用于控制所述设备的操作的所述控制系统被配置为控制下述中的一个或多个：对于所述培养皿室中一个或多个的所述温度调节装置；对于所述培养皿室中一个或多个的所述气体组分调节装置；所述图像捕捉仪器中的一个或多个；所述一个或多个操控单元，例如所述一个或多个机器人盖安装臂，所述一个或多个机器人移液臂，所述一个或多个机器人培养皿移动臂；和/或所述一个或多个移液管泵。
这样的控制系统允许依照预定方案完全自动化控制所述设备。这会避免既定方案中由人为干预和人为错误导致的波动。
第二方面，本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的系统，所述系统包括：
如本发明第一方面所述的设备，并组合有一个或多个培养皿。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，所述一个或多个培养皿包括含多个培养孔的材料，每个培养孔代表所述材料中的腔洞。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，每个培养皿中的所述多个培养孔数量为2-20，例如4-18，诸如6-16，例如8-14，诸如10-12。
这样数量的单独的培养孔允许在研究情况下建立多个平行方案，其中每个方案在一个培养孔与另一培养孔之间仅存在一个参数的差异，从而可以确定具体类型的有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的优化方案。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，至少对于所述培养孔中的一个或多个，每个孔下方的所述皿的材料为透明的。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，所述培养皿的材料为聚合物，例如塑料。
将每个孔下方的皿的材料提供为透明的，允许图像捕捉仪器被设置于所述培养皿的下方，并仍能够捕捉容纳于所述培养皿的孔的生物材料的图像。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，对于所述培养孔中的一个或多个，所述孔周围的区域被提供为具有相对高导热能力的材料，例如金属。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，每个培养孔被设置为紧邻于所述皿的边缘；并且其中所述皿在其底部表面覆盖有具有相对高导热能力的材料，例如金属；并且其中培养孔在其底部表面的区域不覆盖有所述相对高导热能力的材料。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，培养皿包括基本中央定位的贯穿孔，从而具有外部边缘和内部边缘；并且其中每个培养孔被设置为紧邻于所述内部或外部边缘。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，对于邻近于所述培养孔中的一个或多个的位置，例如对于位于所述培养孔中的一个或多个的下方的材料和/或对于所述孔的壁，所述培养皿(8)包括具有以下厚度的材料：0.05-0.5mm，例如0.06-0.4mm，诸如0.07-0.3mm，诸如0.08-0.2mm，诸如0.09-0.1mm。
后四种实施方案允许通过冷却装置快速冷却有活力生物材料，从而获得最佳冷却条件。
在本发明第二方面所述系统的一个实施方案中，所述培养皿包括覆盖全部培养孔的盖；或包括个体盖，每个盖覆盖单个培养孔，其中所述盖被配置为可拆卸地从周围环境密封所述培养孔。
第三方面，本发明涉及如第二方面所述的培养皿。
第四方面，本发明涉及如本发明第一方面所述的设备或如本发明第二方面所述的系统或如本发明第三方面所述的培养皿用于有活力生物材料的培育和玻璃化中的用途。
在本发明第四方面所述用途的一个实施方案中，生物材料为卵母细胞或胚胎。
第五方面，本发明涉及用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的方法，其中利用如本发明第一方面所述的设备实施所述方法。
尽管本发明第一方面所述的设备被描述为适于生物材料(例如有活力生物材料)的联合式培育和玻璃化，但是该设备显然也可以仅用于生物材料的培育。
同样，本发明第一方面所述的设备也可以仅用于生物材料的玻璃化。
现在参照用于展示本发明的附图，图1显示了用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的设备100；
图1的设备包括：
外壳2，其具有沿纵向X的延伸部分和沿横向Y的延伸部分，所述外壳包括：
一个培养皿室，其适于容纳包含生物材料的培养皿6，每个所述培养皿包括一个或多个用于容纳所述生物材料的培养孔8。
设备包括图像捕捉仪器10(图1中未显示)，其适于捕捉容纳于培养皿中的所述生物材料中的一个或多个的图像。
设备还包括冷冻装置12，其形式为液态氮气容器。在图1中，该容器隐藏于外壳2中。
培养皿室和所述冷冻区共同界定操作区16。
设备还包括多个操控单元18。操控单元包括一个或多个抓取臂20，所述一个或多个抓取臂被配置为抓取和移动所述操作区中的元件和/或化学/生物材料。在下文部分中对其进行进一步解释。
设备包括移动装置22，所述移动装置被配置为相对于所述图像捕捉仪器移动所述培养皿。
设备包括用于控制其操作的控制系统，其中所述控制系统被配置为允许使用者输入待由所述设备执行的预定操作方案；并且其中所述控制系统被配置为依照所述方案控制所述设备。
图2显示了与本发明的设备一起使用的移动装置的一个实施方案。图2显示的图像捕捉装置10被设置于架28、38下方。移动装置适于相对于图像捕捉仪器10进行移动。在该实施方案中，架28、38被设计为转盘，在其上可以设置培养皿。马达装置(图2中未显示)提供架28、28的转动，从而允许捕捉容纳于培养皿的不同培养孔中的不同生物材料的图像。
图3显示了图像捕捉仪器10自身的近景图。图像捕捉仪器优选包括机动化聚焦和/或缩放装置。这样的装置允许在捕捉图像过程中远程和/或自动化调节光学参数。
图4显示了操控单元18的一个实施方案。操控单元的形式为机器人移液臂58。机器人移液臂为被配置为在所述培养皿室中移动所述移液管的臂，从而允许向容纳于所述培养皿室的培养皿的一个或多个培养孔和从容纳于所述培养皿室的培养皿的一个或多个培养孔抽取和/或添加液体和/或悬液。借助于能够独立地三维移动的马达单元68，通过可枢转地将移液臂一端设置于基座60上并且另一端提供工作端部62，能够实现这一目的。工作端部包括移液装置64，其相应地包括移液管66。移液装置64作为移液管66的保持器工作。
图5显示了与本发明的设备一起使用的移液泵32的一个实施方案。移液泵32包括架70，架70包括第一支架72和第二支架74。第一支架和第二支架被设计用于容纳标准一次性塑料注射器76，注射器具有圆柱部78和活塞部80，以这样的方式，第一支架72绕注射器的圆柱部78抓取，并且以这样的方式，第二支架74抓取注射器的活塞部80的自由端。马达单元82被配置为相对于第二支架74而移动第一支架72，从而使注射器吸取或排出液体。注射器的通道端84可以连接于软管，软管可以到达图4所示的移液单元18的移液管66。
因此，移液泵32与图4所示的移液单元18联合起来可以实现向容纳于本发明设备100的培养皿室的培养皿的培养孔或从容纳于本发明设备100的培养皿室的培养皿的培养孔添加和移出培养基和/或冷冻保护剂的目的。
通常，对于本发明的设备，所有培养皿室可以共同移液泵。或者，一个或多个培养皿室可以与其自己的个体移液管泵相联。
图6显示了操控单元18，其形式为机器人皿密封臂86。机器人皿密封臂的形式为机器人盖安装臂。所述机器人盖安装臂被配置为从所述培养皿室中抓取盖、移动所述盖并将所述盖安置于容纳于所述培养皿室的培养皿或培养皿的孔的顶部。借助于能够独立地三维移动的马达单元92，通过可枢转地将盖安装臂一端设置于基座88上并且另一端提供工作端部90，能够实现这一目的。工作端部90包括抓取垫94，其适于能抓取培养皿室中设置的盖并且适于将盖置于设置于培养皿室中的培养皿上或设置于培养孔上。
盖可以为铝或其他金属的薄片的形式，通过经由感应的电磁辐射，其被密封于培养皿。
在图6所示的实施方案中，作为机器人盖安装臂86形式的操控单元18还作为操控单元，用于抓取培养皿并将其在所述设备的所述培养皿室和所述冷冻区之间移动。
图7显示了与图1所示的设备一起使用的培养皿6。培养皿包括用于容纳有活力生物材料的培养孔8。
图8a、8b和8c以不同视角显示了图7的培养皿6。如图8c所示，培养孔底部下方的材料和培养孔的壁的厚度仅为0.1mm。当培养皿或至少培养皿的底部暴露于冷冻条件时，培养孔下方的如此薄的底部提供了速冻的适宜方式。
培养皿由透明材料制成，例如塑料。
标记符号列表
2 外壳
6 培养皿
8 培养皿的培养孔
10 图像捕捉仪器
12 冷冻装置
14 冷冻区
16 操作区
18 操控单元
20 抓取臂
22 移动装置
26 设备的盖
28 培养皿室的架
30 移动装置
32 移液管泵
36 培育液和/或冷冻保护剂的容器
38 透明架
40 用于贮存液态气体的容器
42 用于设定操作方案的输入装置
44 显示运行模式/进展的显示器
46 盖保持装置
48 具有相对高导热能力的材料
50 贯通孔
52 培养皿的外部边缘
54 培养皿的内部边缘
56 培养皿的盖
58 机器人移液臂
60 操控单元的基座
62 机器人移液臂的工作端部
64 移液装置
66 移液管
68 马达单元
70 移液泵的架
72 移液泵的架的第一支架
74 移液泵的架的第二支架
76 塑料注射器
78 塑料注射器的圆柱部
80 塑料注射器活塞部
82 马达单元
84 注射器的通道端
86 机器人皿密封臂，机器人盖安装臂
88 机器人盖安装臂的基座
90 机器人盖安装臂的工作端部
92 马达单元
94 机器人盖安装臂的抓取垫
100 设备
200 系统
X 纵向
Y 横向

Claims (20)

1.用于有活力生物材料的联合式培育和玻璃化的设备(100)，所述设备包括：
外壳(2)，具有沿纵向(X)的延伸部分和沿横向(Y)的延伸部分，所述外壳包括：
多个培养皿室，每个培养皿室适于容纳包含生物材料的一个或多个培养皿(6)，每个培养皿包括一个或多个用于容纳所述生物材料的培养孔(8)；
其中所述设备包括一个或多个图像捕捉仪器(10)，所述图像捕捉仪器适于捕捉容纳于所述多个培养皿中的所述生物材料中的一个或多个的图像；
其中所述设备包括冷冻装置(12)，用于在冷冻温度下冷却生物材料，所述冷冻装置被设置于与所述多个培养皿室不同位置的冷冻区(14)中；
其中所述多个培养皿室和所述冷冻区共同界定操作区(16)；
其中所述设备包括一个或多个操控单元(18)，所述一个或多个操控单元中的每个包括一个或多个机器人臂(20)，所述一个或多个机器人臂被配置为抓取和移动所述操作区中的元件和/或化学或生物材料；
其中所述设备包括移动装置(22)，所述移动装置被配置为相对于所述培养皿移动所述图像捕捉仪器；
其中所述设备包括用于对其操作进行控制的控制系统，其中所述控制系统被配置为允许使用者输入待由所述设备执行的预定操作方案；并且其中所述控制系统被配置为依照所述操作方案控制所述设备，以及
其中所述一个或多个操控单元(18)中的一个包括机器人培养皿移动臂，其中所述机器人培养皿移动臂被配置为能抓取培养皿并将其在所述设备的所述培养皿室和所述冷冻区之间移动。
2.如权利要求1所述的设备(100)，其中所述多个培养皿室的数量为3至24个。
3.如权利要求1或2所述的设备(100)，还包括温度调节装置，用于分别调节所述多个培养皿室中的一个或多个中的温度。
4.如权利要求3所述的设备(100)，其中所述温度调节装置包括加热装置和/或冷却装置。
5.如权利要求4所述的设备(100)，其中所述温度调节装置包括一个或多个电加热元件和/或一个或多个珀尔帖元件。
6.如权利要求1所述的设备(100)，还包括气体组分调节装置，用于分别调节所述多个培养皿室中的一个或多个中的气体组分。
7.如权利要求6所述的设备(100)，其中所述气体组分调节装置用于分别调节所述多个培养皿室中的一个或多个中的氧气、二氧化碳和/或氮气的浓度。
8.如权利要求1所述的设备(100)，其中所述设备对于每个培养皿室包括图像捕捉仪器(10)。
9.如权利要求1所述的设备(100)，其中按照下述方式配置所述移动装置(22)：所述图像捕捉仪器适于相对于所述培养皿移动，从而允许捕捉容纳于所述培养皿中的每个生物材料的图像。
10.如权利要求1所述的设备(100)，其中对于一个或多个培养皿室，所述培养皿室包括用于容纳培养皿的架(28)，其中按照下述方式配置所述移动装置(22)：允许所述架相对于所述图像捕捉仪器(10)发生移动，从而允许捕捉容纳于培养皿中的每个生物材料的图像。
11.如权利要求1所述的设备(100)，其中对于一个或多个培养皿室，所述培养皿室包括移液泵(32)，所述移液泵被配置用于将流体移入和移出所述培养皿的所述培养孔。
12.如权利要求1所述的设备(100)，其中对于一个或多个培养皿室，所述培养皿室包括一个或多个移液管架，所述移液管架包括一个或多个移液管。
13.如权利要求1所述的设备(100)，其中对于一个或多个培养皿室，所述培养皿室包括用于贮存培育液和/或冷冻保护剂的一个或多个容器。
14.如权利要求13所述的设备(100)，其中所述一个或多个容器包括密封注射器端帽。
15.如权利要求1所述的设备(100)，其中所述图像捕捉仪器(10)被配置为能相对于所述多个培养皿室的内部、沿所述多个培养皿室在透明壁外部的位置移动。
16.如权利要求1所述的设备(100)，其中所述冷冻装置(12)包括用于贮存液态气体的容器(40)，所述用于贮存液态气体的容器与所述多个培养皿室相分离。
17.如权利要求1所述的设备(100)，其中所述设备包括图像处理单元，用于处理由所述图像捕捉仪器(10)捕捉的图像。
18.如权利要求1所述的设备(100)，其中所述图像捕捉仪器(10)包括显微镜，用于捕捉所述生物材料的近摄图像。
19.如权利要求1所述的设备(100)，其中所述一个或多个操控单元(18)中的一个包括机器人皿密封臂(86)，其中所述机器人皿密封臂被配置用于密封容纳于所述培养皿室中的一个或多个培养皿(6)或密封培养皿的孔(8)。
20.如权利要求1所述的设备(100)，其中所述一个或多个操控单元(18)中的一个包括机器人移液臂(58)，所述机器人移液臂包括移液管(66)，并且其中所述机器人移液臂被配置为移动所述培养皿室中的所述移液管，从而允许向容纳于所述培养皿室中的培养皿(6)的一个或多个培养孔(8)添加和/或从容纳于所述培养皿室中的培养皿(6)的一个或多个培养孔(8)抽取液体和/或悬液。
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