CN111278564A - 生物材料分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于分离生物材料的设备。所述设备包括其上布置有含水介质的基板、存在于含水介质中的生物材料、用于观察生物材料的观察工具、用于将生物材料与基板分离的提取工具、用于通过蒸发补充从含水介质去除的水的供水单元，以及用于测量基板和供水单元之间所界定的空间中的温度或湿度的湿度控制单元。

Description

生物材料分离装置

技术领域

本发明涉及一种用于分离生物材料的设备，并且更具体地涉及一种用于在保持含水介质中的生物材料的生物性状态的同时观察和分离生物材料的设备。

背景技术

为了观察生物材料的状态响应于环境变化和生物、医学和药学领域的外部物质的变化，提供高度受控的环境条件，例如适当的温度控制和供应含有适量水的最佳浓度的二氧化碳气体(3-5％)。由于生物学研究通常需要长时间观察，因此通常通过显微镜观察生物学材料。例如，可以通过在培养箱中培养细胞群，将一部分细胞群从培养箱中取出，并将细胞置于显微镜上来观察生物材料。或者，可以在完全安装在培养箱中的显微镜下观察生物材料。为了消除这种不便，已经开发了用于长期连续成像观察和分离各种类型的生物材料的设备。

韩国专利第10-0476273号公开了一种用于在长期培养期间通过显微镜观察特定细胞状态的设备。所述设备使得能够鉴定相互作用的细胞，在培养过程中观察细胞，仅收集特定阶段的细胞，并且分析或生化测量细胞的基因或表达mRNA。

韩国专利第10-0745110号公开了一种细胞培养设备，所述设备用于通过显微镜在变化的培养基温度下连续观察活细胞，同时保持培养基的均匀温度分布。

这些常规设备可用于从外部观察存在于密闭容器(或培养空间)中的生物材料，但是当需要观察或分离在打开密闭容器后暴露于外部环境的生物材料时，无法提供合适的环境条件，例如适当的湿度和温度条件，以维持生物材料的生物状态。因此，常规设备具有以下问题：在维持其生物状态的同时不能观察和分离生物材料。

发明内容

解决问题的手段

根据本公开的一个方面，提供了一种用于分离生物材料的设备，包括：基板，其上布置有含水介质；生物材料，存在于含水介质中；观察工具，用于观察生物材料；提取工具，用于从基板分离生物材料；供水单元，用于补充通过蒸发从含水介质中去除的水；以及湿度控制单元，用于测量基板和供水单元之间所界定的空间中的温度或湿度。

根据一个实施方案，将结构布置在基板上以促进含水介质的附着或保持。

根据一个实施例，所述设备还包括除湿单元，用于从基板和观察工具之间限定的空间中除湿。

根据一个实施例，湿度控制单元基于所测量的温度或湿度信息来控制从供水单元产生的水分的量。

根据一个实施例，供水单元包括储水器和湿气发生器。

根据一个实施例，供水单元具有通孔，来自光源的光透射通过所述通孔。

本公开的设备可用于观察和分离生物材料，同时维持存在于含水介质中的生物材料的生物状态。本公开的设备被构造成使得当需要观察或分离在打开密闭容器后暴露于外部环境的生物材料时，含水介质中的水量保持恒定。这种构造允许生物材料维持其生物状态。

因此，即使当设置有生物材料的基板暴露于外部环境时，本公开的设备也可以有效地观察或分离生物材料，生物材料的生物状态不会随时间的变化。

附图说明

图1示出了根据本公开的一个实施方式的用于分离生物材料的设备。

图2是示出图1所示设备的供水单元的一个实施例的透视图。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本公开的实施例。提供这些实施例使得本公开将是透彻和完整的，并且将本公开的范围充分传达给本领域技术人员。因此，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于在此阐述的示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，可能夸大了元件的尺寸，例如宽度、长度和厚度。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。从观察者的角度解释了图。将理解的是，当元件被称为在另一元件“上”时，其可以直接在另一元件上，或者在它们之间也可以存在一个或多个中间元件。

图1示出了根据本公开的一个实施例的用于分离生物材料的设备。图2是示出图1所示设备的供水单元的一个实施例的透视图。

参照参照图1和图2，设备100包括基板110、生物材料120、光学单元130、供水单元140和测量单元150。

在一实施例中，基板110可为玻璃、硅或聚合物基板。基板110的材料的示例包括载玻片、微珠，纳米颗粒、纳米结构、毛细管、微流体载体、多孔结构、海绵结构和树枝状聚合物。基板110可以是用一种或多种选自DNA、RNA、蛋白质、抗体和化学物质的物质修饰的功能化基板。

在一个实施例中，基板110可以是包括牺牲层的基板，表面涂覆有牺牲层的基板，在电磁场存在下经历相变的基板，或前述基板的组合。

包括含水介质125的微结构115布置在基板110上。这里，含水介质125是指其中保留了生物材料120的生存和生长所必需的水的空间。所述空间包含生物材料120以及水。优选地，除水之外，含水介质125还补充有各种营养物以维持生物材料120的生物状态。含水介质125可以包含一种或多种有助于将生物材料120固定在基板110的位置上的组分。这些组分的实例包括琼脂、琼脂糖、低熔点琼脂糖，聚-L-赖氨酸、抗原/抗体和亲水性涂覆材料。含水介质125可以是液体或水凝胶的形式。

在一实施例中，结构115可布置在基板110上，以促进含水介质125的附着或保持。优选地，结构115采用微米级的结构形式。

在一个实施例中，结构115可以被设计为促进含水介质125的附着或保留。结构115可以是例如微孔、微柱、微通道或微图案结构(例如，皱纹或栅格图案结构)。可以将结构115单独地构图并附接到基板110。或者，可以将结构115与基板110整体地形成。结构115通常在基板110上以阵列排列。在一个实施例中，结构115可以如图1所示，其可以是微孔的形式。

在图1中，结构115可以布置在基板110的下表面上，即，在与上层光学单元130相对的基板的表面上。毛细管力或粘附力可以防止含水介质125在观察过程中从微结构115向下流动。

例如，当结构115为微孔或微通道的形式时，可以将包含生物材料120的含水介质125容纳在孔或通道中。或者，结构115可以采取微柱的形式。在这种情况下，可以通过微柱的表面与含水介质125之间的粘附力将生物材料120固定在基板110上。

可以通过光学单元130的观察工具观察含水介质125中存在的生物材料120，同时保持其生物性状态，或者可以通过施加来自诸如光学单元130的激光发生器的提取工具的能量而将其与基板110分离。

在一实施例中，生物材料120可以是动物细胞、植物细胞、组织、血液、病毒、细菌、DNA分子、RNA分子或蛋白质，上述生物材料120在合适的湿度和温度环境条件下维持其生物性状态。优选地，生物材料120是可以被培养(即，可划分的)的那些。

光学单元130可以包括用于观察生物材料120同时保持其生物性状态的观察工具和用于向生物材料120施加能量的提取工具。可以通过施加来自光学单元130的提取工具的能量来将生物材料120与基板110分离。

在一个实施例中，光学单元130的观察工具可以由选自光学透镜、光源和图像传感器的一个或多个光学元件组成。例如，光源可以是卤素灯。光学单元130的提取工具可以包括能量发生器，例如脉冲激光源和聚光器。聚光器优选地是既可以用于脉冲激光能量的集中又可以用于基板110的观察的光学透镜。即，观察工具和提取工具可以使用相同或个别的光学透镜。

在一个实施例中，光学透镜可以具有在2倍至100倍，优选地10倍至40倍的范围内的放大率。在此范围内，可以通过光学透镜将足以分离生物材料120的能量传递至基板110，并且同时，可以防止基板110与光学透镜接触或远离光学透镜的焦距移动。

在一个实施例中，光源的波长可以在10至10,000nm的范围内，优选为50至2,000nm，更优选为100至1,500nm。在此波长范围内，最容易用可见光观察基板110。

在一实施例中，可通过光学单元130的提取工具的聚光器(优选地，光学透镜)将脉冲激光辐照到基板110的期望区域(例如，与目标样品所在的表面相对的基板表面)上而将生物材料120与基板110分离。

提取工具可以是用于以接触或非接触模式施加能量的工具。接触模式可以例如是移液。非接触模式可以例如是脉冲激光照射或超声施加。优选地，以非接触模式施加能量以将生物材料120与基板110分离。非接触模式防止交叉污染的发生。图像传感器通常是CCD，但不限于此。

在美国专利第9,328,366号和韩国专利第10-1595159号中具体公开了使用脉冲激光在基板上分离样品的方法，这些专利已转让给本申请人，在此引入作为参考。供水单元140供应水以补充通过蒸发从含水介质125去除的水，从而可以维持生物材料120的生物性状态。

在一个实施例中，设备100可以包括分离单元(未示出)作为用于提取生物材料120的提取工具。所述提取工具与光学单元130分开设置，并且与光学单元130的提取工具不同。在这种情况下，提取工具旨在包括用于机械式提取的接触式工具以及如激光发生器的非接触式工具。

含水介质125是指基本上含有水的介质，并且可以是例如与细菌培养基混合的琼脂凝胶。当通过蒸发减少含水介质125的水含量时，培养基的盐浓度增加，阻碍细菌的生长，并且琼脂的体积变化，导致将生物材料120改变成难以观察到的形式。因此，需要补充适量的水。

基板110的一个表面基本上是开放的，使得生物材料暴露于外部。由于这种开放结构，生物材料120易于分离和收集。如果在生物材料120的观察和分离期间通过自然蒸发或利用外部热源加热而使含水介质125缺乏水，或者含水介质125在合适的温度范围之外，则含水介质125的外观和物理性质可能会改变，从而导致生物材料120无法维持其生物性状态或被改变为光学单元130难以观察到的状态。

在一实施例中，供水单元140可包括储水器和湿气发生器(未示出)。储水器可以是用于储水的容器。湿气发生器可以通过加热或超声处理将水从储水器供应到大气中。例如，可以通过用热导体加热来产生水蒸气。

在一实施例中，可通过将电极布置在储水器中，将水填充到储水器中并导电以使水沸腾来产生水蒸气。在替代实施例中，可以通过将金属布置在储水器的底部上，使金属振动以产生超声波，并将超声波施加到水中以允许细小的水颗粒越过水表面来产生湿气。通过加热产生的水蒸气或通过超声处理产生的水颗粒到达基板110，以补充通过蒸发从含水介质125去除的水。如果需要，供水单元140还可包括鼓风机，用于容易地将水从储水器供应到基板110。

通过加热产生的热水蒸气可用于将生物材料120维持在合适的温度或将生物材料120控制到所需温度。

在一个实施例中，供水单元140可以插入在光学透镜132和光源134之间。参照图2，供水单元140可以在轴向方向上被布置在用于观察的光学透镜132和光学单元130的光源134之间。供水单元140可以具有通孔141，来自光源134的光透射通过所述通孔141。通孔141的形成使供水单元140对来自光源134的光的路径的影响最小化，以便于以有效的方式观察和分离生物材料120。

在替代实施例中，供水单元140可以横向地或在光学透镜132和光源134之间的偏轴空间中定位。根据所述实施例，可以通过扩散湿空气或使用鼓风机沿朝向基板110的方向供水。

在一个实施例中，供水单元140从湿度控制单元150接收测得的湿度值，将测得的湿度值与用于维持生物材料120的生物性状态的理想湿度值进行比较，并操作加热器或产生超声波，以将水转换成水蒸气，从而将测得的湿度值控制在理想的湿度值。所述设备还可包括温度测量单元(未示出)，以在需要时与湿度控制一起将温度控制到合适的值。

湿度控制单元150以预设的时间间隔(例如，实时或在特定时间)测量在基板110和供水单元140之间限定的空间的温度和湿度。从而，用户可以接收根据测量的温度或测量的湿度值计算出的湿度值，并且可以基于所述湿度值控制供水单元140的操作，从而调节产生的水蒸气的量。这里，湿度控制单元150优选地放置在不妨碍每个元件的操作的位置(例如，在基板110下方)，以使得设备100良好地操作。

设备100还包括除湿单元160。

除湿单元160从基板110与光学单元130之间限定的空间去除水分，这防止了光的散射，并且仅使用具有适当强度的光就能够有效地观察或分离生物材料120。

在一实施例中，除湿单元160可使用除湿剂以从基板110与光学单元130之间限定的空间中去除非常湿的空气。

在一实施例中，除湿单元160可使用进气装置去除水分，以从基板110与光学单元130之间限定的空间中吸入非常湿的空气。

在一实施例中，除湿单元160可使用气泵将干燥的空气吹入基板110与光学单元130之间限定的空间中以降低空间的湿度。即，除湿单元160可以接收无水的干燥空气，并且可以将干燥空气喷射到基板110和光学单元130之间限定的空间中以降低空间的湿度。

装置100可以进一步包括收集单元170。

收集单元170设置在基板110下方的空间中，以收集从基板110分离的生物材料120。

在一个实施例中，收集单元170可以包括容器(例如，板，4/8/32/96/384孔或微孔)，所述容器被构造为存储分离的生物材料120或监测生物材料120的物理或化学反应。

在一个实施例中，收集单元170还可以使用透明板来光学地识别分离的生物材料120并确定基板110的物理参考位置。收集单元170可以是各种形式。例如，收集单元170可以是容纳工具，例如由透明塑料材料制成的平底存储容器。在此，存储容器的平坦底部有利地减小了对来自光源134的光的路径的影响，以确保容易成像。

从前述显而易见，所述设备被构造成通过供水单元将水提供给生物材料。由于这种构造，生物材料可以保持其原始生物性状态而不失水。因此，即使暴露于外部环境也可以长时间在基板上观察生物材料，或者可以将其与基板分离。

尽管这里已经参考前述实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对实施例进行各种修改。

Claims (8)

1.一种用于分离生物材料的设备，其中，包括：基板，其上布置有含水介质；生物材料，存在于所述含水介质中；观察工具，用于观察所述生物材料；提取工具，用于从所述基板分离所述生物材料；供水单元，用于补充通过蒸发从所述含水介质中去除的水；以及湿度控制单元，用于测量在所述基板和所述供水单元之间限定的空间中的温度或湿度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，将结构布置在所述基板上以促进所述含水介质的附着或保持。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述观察工具由选自光学透镜、光源和图像传感器的一个或多个光学元件组成。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述提取工具包括用于以接触或非接触模式施加能量的装置。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，还包括除湿单元，用于从所述基板和所述供水单元之间限定的空间中除湿。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述供水单元包括储水器和湿气发生器。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述供水单元具有通孔，来自光源的光透射通过所述通孔。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述湿度控制单元基于所测量的温度或湿度信息来控制从所述供水单元产生的水分的量。

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