CN108212246B - 用于解冻生物材料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开内容是用于加热容器中的生物材料的系统。该系统可以包括配置为将能量传递给容器的加热装置和可移动地连接至加热装置的底座。该系统还可以包括处理器，其配置为接收与目标温度相关的输入，且传递信号以相对于底座可控制地移动加热装置某一时间段，其中所述时间段基于目标温度和内容物体积进行确定。

Description

用于解冻生物材料的方法和装置
本申请是申请日为2013年10月31日、申请号为201380051406.6、发明名称为“用于解冻生物材料的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开内容涉及加热装置，并且更具体而言，涉及用于解冻生物材料的系统和方法。
背景
多种生物材料通常贮存于冷冻下。对于长期贮存，细胞、肽或核酸可以贮存于-80℃、-20℃或以-195℃的液氮下。短期贮存可以包括以或大于0℃的温度。
许多生物实验通常在大于这些贮存温度的温度下进行。例如，真核细胞通常在37℃下生长，而原核细胞通常更喜欢不同的温度。
常规地，生物材料在小瓶中等分且冷冻用于贮存。为了加热这些小瓶，工作人员通常获得每个小瓶且将其置于热水浴中。工作人员在浴中小心搅拌小瓶，以确保小瓶内容物的均匀加热，并且使小瓶内的生物材料涡旋。在一段时间后，工作人员从水浴中取出小瓶，并且确定内容物是否已充分解冻。一旦适当解冻，生物材料就准备用于使用。
对于常规加热方案存在几个问题。首先，污染机会很高，因为多个小瓶通常置于相同水浴中。为了确保无菌性，小瓶通常在从水浴中取出后用乙醇溶液擦拭。然而，擦拭可能是不完全的并且污染物可能保留在小瓶或盖表面上。
其次，加热过程可能从小瓶到小瓶之间无法重复，因为操作者带来人为变化性。加热时间、涡旋持续时间、涡旋速度等都可以显著变化。因为一些生物材料对不同的热梯度、剪切力或搅拌水平敏感，所以实验结果受到影响。
第三，跟踪使用常规水浴的小瓶是困难的。标签可以被热水去除，并且在小瓶上的标记可以通过乙醇擦拭不经意间被去除。
最后，解冻可能不包括均匀的热分散。如果材料的一部分解冻且未恰当混合，则可能发生再冷冻。再冷冻可以引起再结晶且损害细胞。改良的解冻装置应优化以降低不均匀解冻和再结晶。相应地，存在更好地解冻生物材料的系统和方法的需要。
公开内容的概述
与本公开内容的原理一致的一个实施方案是用于解冻冷冻的生物材料的方法。步骤可以包括设置用于生物材料的目标温度且经由加热装置对生物材料施加热。该方法还可以包括可控制地移动加热装置以特定时间段，其中所述时间段基于目标温度、小瓶内容物材料和内容物体积进行确定。
本公开内容的另一个实施方案涉及用于加热容器中的生物材料的系统。该系统可以包括配置为将能量传递给容器的加热装置和可移动地连接至加热装置的底座。该系统还可以包括处理器，其配置为接收与目标温度相关的输入，且传递信号以相对于底座可控制地移动加热装置某一时间段，其中所述时间段基于目标温度和内容物体积进行确定。
与本公开内容的原理一致的另外实施方案在下文详述中阐述，其遵循或者可以通过本文公开的方法的实践或者制造系统或物品的使用进行学习。应当理解前述一般描述和下述详述两者均仅是示例性和说明性的，并且不限制如请求保护的公开内容。另外，应当理解可以利用其他实施方案，并且可以作出电的、逻辑的和结构的变化，而不背离本公开内容的精神和范围。
附图简述
并入本说明书内且构成本说明书的一部分的附图举例说明公开内容的几个实施方案，并且连同说明书一起用于解释公开内容的原理。在附图中：
图1：举例说明根据本公开内容的示例性实施方案的解冻系统。
图2举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，具有开放式盖的解冻系统。
图3举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，具有开放式水托盘的解冻系统。
图4举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，解冻系统的分解图。
图5举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，解冻系统的上面部分的视图。
图6举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，解冻系统的底座的视图。
图7举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，解冻系统的加热装置的视图。
图8举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，显示来自使用解冻装置的细胞活力的图表。
实施方案详述
现在将详细参考公开内容呈现的实施方案，其例子在附图中举例说明。可能时，相同参考数字在附图自始至终用于指相同或相似部分。
图1举例说明根据本公开内容的示例性实施方案的解冻系统。系统可以包括底座和盖。底座可以包括配置为接收操作者输入的一个或多个界面。例如，底座可以一个或多个按钮，例如启动按钮、暂停按钮、第一目标温度按钮、第二目标温度按钮和弹出开关。小瓶弹出按钮可以帮助从解冻室中取出小瓶。
如下文说明的，盖可以移动以允许一个或多个容器装载到系统内。在一些实施方案中，系统可以配置为接纳含有生物或化学材料的小瓶。
生物材料可以包括衍生自生物来源的材料。例如，生物材料可以包括细胞、肽、核酸、脂质和碳水化合物。多种细胞可以改造为产生多种天然和非天然生物产品。细胞可以包括真核和原核细胞，包括例如干细胞、细菌细胞、酵母细胞和衍生自生物来源的多种细胞系。
系统可以配置为接纳多种形状和尺寸的一个或多个小瓶。例如，系统可以配置为接纳具有1.6ml容量的Eppendorf小瓶。多种其他小瓶可以使用系统进行解冻。
图2举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，具有开放式盖的解冻系统。盖可以是轻质的例如塑料。考虑了多种其他材料。盖可以维持一般封闭的环境且保护用户免受移动部分。盖可以可移动地连接至底座，以允许操作者将一个或多个小瓶装载到系统内。
图3举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，具有开放式水托盘的解冻系统。水托盘可以包括配置为接纳由系统收集的液体的液体收集抽屉。抽屉或液体捕获托盘可以收集冷凝水或泄漏，允许如对于无菌环境例如洁净室操作和手术室所需的清洁工作。在一些实施方案中，抽屉可以可滑动地连接至底座，以允许抽屉打开且清空。在其他实施方案中，系统可以包括与槽或其他容器的导管，以接纳由系统收集的不需要的液体。
图4举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，解冻系统的分解图。显示系统具有盖、底座、收集抽屉和加热装置。在其他实施方案中，一种或多种部件可能不包括在内，与其他部件组合或将另外部件加入系统中。
图5举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，解冻系统的上面部分的视图。上面部分可以包括盖和配置为接收用户输入的一种或多种部件。虽然显示了几个按钮，但盖可以包括其他用户界面，例如触摸屏、键盘或远程装置的界面。盖还可以使用多种机械连接可移动地连接至上面部分。上面部分还可以包括系统的一种或多种电子部件。例如，处理器、存储器、用户界面、电源、通信、模块可以包括在上面部分中。在其他实施方案中，一种或多种电子部件可以包括在系统的底座或另一个部分中。
图6举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，解冻系统的底座的视图。底座可以包括控制器板、处理器、收集抽屉和系统的多种其他部件。动力可以由主电源供应。低压需求可以允许使用电池或便携式电源。底座还可以可移动地连接至加热装置，如下所述。
图7举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，解冻系统的加热装置的视图。加热装置可以可旋转地连接至系统的底座或其他部分。加热装置可以配置为可控制地移动含有生物或化学材料的小瓶或其他容器。
图8举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，显示来自使用解冻装置的细胞活力的图表。胎盘衍生的贴壁基质细胞(PLX-PAD)在液氮(-195℃)中的长期低温保存后在解冻装置中解冻。数据证实使用以例如180或400RPM搅拌速率的解冻装置的更高活力。与通过平均操作者通常使用的水浴相比较，其他细胞类型、贮存条件、加热温度和搅拌速率还可以提供改善的细胞活力。系统因此降低在解冻多重样品中的操作者误差和变异性，增强用于批处理的解冻的重现性。
多重加热机制可以用于将热传递给生物材料。例如，可以使用电阻加热、微波、超声及其他加热模式。在一些实施方案中，系统可以包括配置为在一个或多个特定温度下操作的水加热器。
例如，加热装置可以包括配置为接纳不同尺寸和形状的一个或多个小瓶的加热块。加热装置可以具有配置为检测温度的一种或多种传感器。例如，加热装置可以包括两个热感应探头。多个加热探头可以用于降低或消除生物或化学材料的过热。
在其他实施方案中，IR温度计可以加入系统中，以测量与小瓶或小瓶内含有的溶液相关的温度。多种其他类型的温度计可以与系统一起使用。
加热装置还可以包括一个或多个冷却装置以帮助温度调节。例如，加热装置可以包括定位在加热装置的相对侧上的两个风扇。
加热装置可以配置进行移动。多种移动装置可以与系统一起使用。例如，加热装置可以配备有配置为旋转的一个或多个发动机。此类发动机可以在0-500RPM之间操作。可以改变多个其他发动机，以提供多种速度或速度概况。例如，发动机可以配置为以恒定速度或可变速度操作。
在一些实施方案中，发动机可以具有关于每轮的一个参考点。参考点可以设为HOME。控制器可以通过经过在参考点过渡之间的时间来计算发动机的旋转速度。速度控制可以基本上是先前轮次的递归速度。例如，下一轮次速度可以是先前轮次速度的一半，之前旋转速度的四分之一等等。即，随着速度接近于目标，对其作出的修正可以变得更小。
系统还可以配备条形码阅读器，其可以鉴定一个或多个小瓶的序列号且贮存与一个或多个小瓶相关的数据。基于条形码信息的其他功能可以包括允许启动，如果小瓶已过期则禁止使用，禁止相同小瓶的双重解冻，对装置进行预热或提供校正信息。基于此类信息可以生成警报。例如，可以对操作者报警小瓶过期，先前已解冻，已在装置内停留太久或已过热。还考虑条形码可以设置一个或多个加热程序。这可以允许对于由制造商设置的不同产品运行不同程序。还考虑了配置为鉴定生物材料的多种其他类型的装置。
解冻系统的操作
系统可以配置为用多种生物或化学材料进行操作。例如，系统可以包括4℃的第一目标温度和25℃的第二目标温度。
系统的解冻操作可以基于在一般恒定的温度下自动振荡小瓶。例如，温度控制室可以由铝制成。加热可以发生预定时间段。可以调整装置温度和振荡速度以及解冻时间，以便将解冻条件与不同体积和溶液相配合。
在一些实施方案中，系统可以包括处理器或控制器。控制器可以配置为接收来自一个或多个来源的信息。例如，控制器可以配置为用一个或多个热传感器、计时器、速度监控器和条形码阅读器进行操作。使用控制器，系统可以进行编程以遵循不同解冻方案。这些方案可以由操作者设置。一个示例性实施方案在下文概述，并且还考虑了其他方案。
最初，解冻循环可以仅在加热装置已达到初始温度后启动。这可以降低室温和/或装置温度对解冻操作的影响。
在解冻方案期间，控制器可以配置为控制小瓶的振荡速度。当操作超过解冻速度边界时，控制器还可以调整小瓶移动速度。
控制器还可以控制加热装置在运行期间的温度。例如，当操作超过解冻温度边界时，控制器可以调整温度。系统可以包括特异性配置为监控小瓶内的条件的传感器。
系统可以配备有定位于加热装置或解冻室的两个侧面中的两个温度传感器。进一步地，控制器可以基于由每个传感器测量的温度而分别启动两个加热元件。如果测量的温度低于目标温度(例如38℃)，则加热力可以增加。如果目标接近目标温度，则加热力可以减少。当温度探头之一达到目标温度时，加热可以在两个加热块中停止。如果传感器之一指示温度高于39℃，则装置可以起始冷却，直至两个测量中更高的温度降至低于39℃。
当系统在38℃至39℃的范围内操作时，可以不存在加热或冷却以便节电。
系统可以配置为当操作超过解冻温度参数或解冻速度参数时产生警告。基于与小瓶相关的温度、生物材料、加热装置或其他量度，可以停止解冻循环。例如，如果存在IR传感器，则运行可以基于小瓶温度而终止。在其他实施方案中，循环时间可以用于达到更精确的解冻温度。
系统还可以配置为在运行自始至终的不同阶段时使小瓶保持在控制的温度。例如，温度可以在解冻操作结束时维持在高于或低于解冻温度，直至小瓶取出用于使用。
系统可以进一步配置为在检测条形码的独特结构后启动解冻循环。系统可以例如针对装置数据库比较检测到的小瓶条形码，以便防止小瓶返回。其他动作可以基于多种标识符信息，例如使用ID标签阅读器获得的信息。
在一些实施方案中，可以包括显示器。例如，可以添加HMI显示器，以便显示解冻过程参数或错误指示。系统可以配置为贮存关于高达100次运行的信息，包括例如小瓶ID编号、持续时间、日期、时间和错误指示。
如上所述，系统可以配置为接收、贮存和传递与生物材料相关的多种数据。例如，数据可以通过网络连接从系统中提取且输入。系统还可以进行编程以提取概括解冻过程数据的报告。
在一些实施方案中，系统可以使用下述步骤进行操作：
1.通过将背部电开关切换为打开模式来打开装置；
2.按下启动开关或刷条形码；
3.等待30秒，以便对室预温至37℃而等待信号；
4.按下封盖弹出开关且打开盖；
5.确保解冻室在中心；
6.通过向下按压小瓶，将小瓶插入室内；
7.关闭盖；
8.按下“25℃”按钮或起动(通过鉴定条形码设置的自动程序)；
9.解冻室开始以预定速度(RPM)振荡预定的解冻时间；
10.在解冻时间结束时，系统将报警且立即传递到待机模式；
11.为了打开盖，按下封盖弹出开关；
12.下推小瓶取出按钮直至小瓶可以被处理且取出小瓶；
13.关闭盖；和
14.对于待解冻的另外小瓶，重复步骤4至12。
例如，图8举例说明根据本公开内容的示例性实施方案，显示来自使用解冻装置的细胞活力的图表。使用系统可以导致与水浴相比较更佳的解冻后细胞活力。使用不同的解冻速度(RPM)可以对细胞的解冻后活力具有作用。此处显示的数据得自充满5.5细胞悬浮液的6ml Crystal小瓶(Aseptic Technologies)，每组3个小瓶。
考虑本公开内容的说明书和实践，公开内容的其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。预期说明书和实施例仅视为示例性的，而公开内容的真正范围和精神由下述权利要求指出。
优选的实施方式：
1.一种用于解冻冷冻的生物材料的方法，其包括：
设置用于所述生物材料的目标温度；
经由加热装置对所述生物材料施加热；和
可控制地移动所述加热的生物材料某一时间段，以允许一般均匀的热分散，其中所述时间段基于目标温度和所述生物材料的内容物体积中的至少一种进行确定。
2.项目1的方法，其中所述生物材料包括细胞群体的悬浮液。
3.项目2的方法，其中所述细胞群体包括真核细胞。
4.项目1的方法，其中所述生物材料定位于配置用于置于所述加热装置内的小瓶内。
5.项目1的方法，其进一步包括在所述时间段已过去后停止所述加热装置的移动。
6.项目1的方法，其进一步包括记录与所述生物材料相关的标识符。
7.项目1的方法，其进一步包括记录与所述加热装置的温度、所述生物材料的温度、所述加热装置的移动速度和所述时间段中的至少一种相关的信息。
8.项目1的方法，其进一步包括以恒定的速度移动所述加热装置。
9.项目1的方法，其进一步包括以可变的速度移动所述加热装置。
10.一种用于加热容器中的生物材料的系统，其包括：
配置为将能量传递给所述容器的加热装置；
可移动地连接至所述加热装置的底座；和
配置为执行下述的处理器：
接收与目标温度相关的输入；和
传递信号，以相对于所述底座可控制地移动所述加热装置某一时间段，其中所述时间段基于至少所述目标温度进行确定。
11.项目10的系统，其进一步包括存储器，其配置为贮存与所述热源的温度、所述容器的温度、所述生物材料的温度、所述加热装置的移动速度和所述时间段中的至少一种相关的数据。
12.项目10的系统，其中所述加热装置配置为相对于所述底座旋转。
13.项目12的系统，其中所述处理器配置为以可变速度相对于所述底座可控制地旋转所述加热装置。
14.项目10的系统，其进一步包括配置为鉴定与所述生物材料相关的条形码的条形码或ID标签阅读器。
15.项目10的系统，其进一步包括配置为将数据传递给网络的网络连接。
16.项目10的系统，其中所述时间段基于至少所述生物材料的内容物体积进行确定。

Claims (6)

1.一种用于加热容器中的生物材料的系统，其包括：
配置为将能量传递给所述容器的加热装置，所述加热装置包括：
装配底座，和
主体，所述主体包含用于接收所述容器的解冻室，所述主体经由顶篮连接至装配底座，使得能够围绕主铰链可控制地旋转所述主体；
定位于所述主体的两个侧面中的两个温度传感器；
两个加热元件，和
温度控制装配，其中控制器配置为基于每个温度传感器测量的温度而分别启动两个加热元件；
用于帮助温度调节的冷却装置，其中每个冷却装置包括风扇；
发动机；
和
处理器，所述处理器配置为：
接收与目标温度相关的输入，和
传递信号，以可控制地旋转所述加热装置的主体某一时间段，其中所述时间段至少基于目标温度进行确定。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括存储器，其配置为贮存与热源的温度、所述容器的温度、所述生物材料的温度、所述加热装置的移动速度和所述时间段中的至少一种相关的数据。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器配置为以可变速度可控制地旋转所述加热装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括条形码或ID标签阅读器，所述条形码或ID标签阅读器配置为用于鉴定与所述生物材料相关的条形码或ID标签。
5.根据前述权利要求任一项所述的系统，其中所述发动机配置为在0至500RPM操作。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述发动机配置为在180至400RPM可控制地操作。
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