本發(fā)明涉及一種用于多孔板的溫度控制體。此外，本發(fā)明還涉及用于冷凍生物樣本、特別是用于低溫保存的和/或用于解凍生物樣本、特別是低溫保存的樣本的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：

特別是用于樣本數(shù)量從幾萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)的活細(xì)胞材料的儲(chǔ)存的機(jī)構(gòu)和商業(yè)冷庫(kù)的日益擴(kuò)大，需要自動(dòng)化工藝步驟。一方面，為了實(shí)現(xiàn)低成本的儲(chǔ)存條件，另一方面如目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域越來(lái)越需要的那樣，為了系統(tǒng)地實(shí)施sop條件(sop：標(biāo)準(zhǔn)操作程序)、為了無(wú)縫文檔以及為了通過(guò)實(shí)驗(yàn)室人員排除主觀影響，這是必要的。

在醫(yī)藥行業(yè)、在醫(yī)學(xué)方面和在大部分生物技術(shù)方面，已經(jīng)建立自動(dòng)化樣本接收程序，這主要是在高通量篩選(所謂的sbs標(biāo)準(zhǔn))的發(fā)展過(guò)程中形成。在此，非常小的圓形梳結(jié)構(gòu)的多孔基底用于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐中，從而形成布置成行和列的反應(yīng)空間、也被稱(chēng)為孔、腔或杯，樣本的最小部分、例如細(xì)胞材料、血液樣本等被引入所述反應(yīng)空間中。這些是具有6、8、16、24至96個(gè)及以上的單獨(dú)孔的扁平塑料多孔基板。這些格式同時(shí)被全球標(biāo)準(zhǔn)化，并被用于移液機(jī)、細(xì)胞培養(yǎng)機(jī)以及分析技術(shù)和診斷方面的設(shè)備平臺(tái)。

這種多孔基板也稱(chēng)為多孔板或微滴定板。根據(jù)生物分子篩選學(xué)會(huì)(sbs)推薦的ansi標(biāo)準(zhǔn)，精確尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為127.76mm×85.48mm×14.35mm。根據(jù)生物分子篩選學(xué)會(huì)(sbs)的建議，ansi公布了微滴定板的標(biāo)準(zhǔn)，所述標(biāo)準(zhǔn)特別地涉及具有96、384和1536凹部的微滴定板的凹部的尺寸和位置。這些是ansi/sbs1至4-2004標(biāo)準(zhǔn)和sbs-6-2009標(biāo)準(zhǔn)。

低溫?cái)?shù)據(jù)庫(kù)越來(lái)越多地在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)發(fā)展中形成加工、表征和處理樣本的鏈的一部分，樣本、特別是來(lái)自動(dòng)物和人類(lèi)的活細(xì)胞和干細(xì)胞儲(chǔ)存在所述低溫?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，并且在需要時(shí)被再次利用。這通常借助于低溫保存、限定的冷凍和解凍協(xié)議以及低于-140℃的儲(chǔ)存溫度來(lái)進(jìn)行，然而在單獨(dú)的管、吸管、單獨(dú)的塑料容器等中，使得位于孔基板中的懸浮液必須被去除并轉(zhuǎn)移。

如許多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示的那樣，生物樣本的質(zhì)量隨著每次轉(zhuǎn)移而降低，特別是在細(xì)胞生長(zhǎng)粘附在表面上的情況下，因?yàn)檫@些細(xì)胞必須通過(guò)酶處理或機(jī)械處理釋放，由此遭受不可忽視的壓力。同樣重要的是，孔板、例如具有96個(gè)孔的孔板的所有樣本以相同的或可預(yù)先定義的方式處理，還可由此被冷凍、儲(chǔ)存和解凍。

受控的冷卻和加熱系統(tǒng)都從實(shí)踐已知，例如planarplc公司的具有可編程溫度程序的“cyro冷凍機(jī)”，或簡(jiǎn)單的低溫箱、例如thermofischerscientific有限公司的“mr.frosty”低溫箱。特別是在重要的醫(yī)學(xué)細(xì)胞類(lèi)型、如免疫細(xì)胞、干細(xì)胞、特別是ips細(xì)胞(誘導(dǎo)多能干細(xì)胞)的情況下，受控的冷凍和解凍協(xié)議進(jìn)而被證明對(duì)于樣本的質(zhì)量及其活力而言是非常重要的。在此，非?？焖俚睦鋮s和加熱已經(jīng)取得了非常好的效果。所有這一切，特別是低于1°/秒的冷卻和加熱迄今為止不能用于多孔基板，因此生物樣本必須轉(zhuǎn)移到其他容器。但是在傳統(tǒng)的塑料管中，由于塑料壁的厚度和體積的布置，無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種精確的、最重要地快速的溫度變化過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于冷凍生物樣本、特別是用于低溫保存和/或用于解凍生物樣本、特別是低溫保存的樣本的改進(jìn)的設(shè)備，利用所述設(shè)備避免常規(guī)技術(shù)的缺點(diǎn)，所述設(shè)備使得可進(jìn)行具有快速冷卻和/或加熱以及增大的活力率的低溫保存。另一個(gè)目標(biāo)在于提供下述設(shè)備，所述設(shè)備可以以過(guò)程高效的方式集成到自動(dòng)化的高通量過(guò)程、例如高通量篩選過(guò)程中。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種冷凍生物樣本、特別是用于低溫保存和/或解凍生物樣本、特別是低溫保存的樣本的改進(jìn)的方法，利用所述方法克服常規(guī)技術(shù)的影響活力的缺陷，所述方法特別地使得可進(jìn)行被解凍的生物樣本的簡(jiǎn)單的后處理。

這些目標(biāo)通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的設(shè)備和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利實(shí)施例和應(yīng)用在從屬權(quán)利要求中闡述，并且將部分地參照附圖在下面的說(shuō)明中更詳細(xì)地描述。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于多孔板的溫度控制體，以用于冷凍和/或解凍位于多孔板的腔中的樣本、特別是生物樣本。正如所知的那樣，多孔板具有布置成行和列的多個(gè)腔。

根據(jù)本發(fā)明的溫度控制體包括溫度控制流體可流過(guò)的基體以及在基體的上側(cè)上布置成行和列的多個(gè)突出的溫度控制指，所述基體優(yōu)選地由導(dǎo)熱材料制成，優(yōu)選地具有高熱容量，其中，溫度控制指的網(wǎng)格間距對(duì)應(yīng)于多孔板的腔的網(wǎng)格間距。相鄰的溫度控制指之間的間距由此與相鄰的腔之間的間距相對(duì)應(yīng)。

因此，本發(fā)明包括設(shè)置溫度控制體的一般技術(shù)教導(dǎo)，所述溫度控制體適于多孔板的腔的矩陣式規(guī)則布置，并為此包括溫度控制指的成腔的布置的網(wǎng)格尺寸的相應(yīng)的矩陣式布置。在此，冷卻指的表面端可與腔的底板相連接，其中，優(yōu)選地一個(gè)溫度控制指可分配給一個(gè)腔。溫度控制指是桿形或栓形的，溫度控制指的表面端設(shè)計(jì)成能夠?yàn)槎嗫装宓那坏幕仔纬善教沟闹巍?/p>

由此，本發(fā)明的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于冷凍和解凍樣本，不再需要將樣本轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的管、吸管或特殊的塑料容器等中，而是可借助于根據(jù)本發(fā)明的溫度控制體直接在多孔板中并利用多孔板被冷凍然后再次解凍。由此，可提高生物樣本的低溫保存中的活力率。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，以這種方式設(shè)計(jì)的溫度控制體使得能夠快速冷凍和/或解凍，因?yàn)闇囟瓤刂浦缚啥ㄎ怀煞浅？拷鼧颖?，并且可?jīng)由腔的底壁直接在生物樣本中形成高的冷卻和加熱速率。

還省去了耗時(shí)地轉(zhuǎn)移至分開(kāi)的冷凍容器中，相反，在一個(gè)工藝鏈中可始終使用市售的多孔板，從而特別是對(duì)于高通量方法，可提高處理速度和效率。

術(shù)語(yǔ)“樣本”表示在腔中經(jīng)受低溫保存的任何物體。樣本材料通常包括生物材料、例如細(xì)胞、組織、細(xì)胞組分或生物大分子，以及在適用的情況下的營(yíng)養(yǎng)液、試劑、低溫保護(hù)劑或其它物質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的一變型例，可電控制的加熱和/或冷卻元件可集成至溫度控制指中的至少一些中，優(yōu)選地集成至所有的溫度控制指中。這種加熱元件的示例也可以是在被適當(dāng)?shù)乜刂茣r(shí)可對(duì)基體的流體冷卻產(chǎn)生限定的熱量引入的微波或高頻元件。該變型例提供了單獨(dú)的溫度控制指或溫度控制指的部分組、例如各行和/或列可被不同地控制溫度的優(yōu)點(diǎn)。由此，熱或冷輸入可經(jīng)由腔的布置而特定地變化并適應(yīng)儲(chǔ)存在各個(gè)腔中的樣本。

根據(jù)另一變型例，為了監(jiān)測(cè)至腔內(nèi)的熱或冷輸入，溫度傳感器、例如熱電傳感器可集成到溫度控制指中的至少一個(gè)的端面中。例如，溫度傳感器可設(shè)計(jì)為平版型的鉑電阻溫度傳感器，例如pt100或pt1000傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)樣本的盡可能快速的冷凍和解凍，下述是有利的：溫度控制指的端面優(yōu)選地以低于20μm的粗糙度被高度拋光，和/或具有高導(dǎo)熱性的優(yōu)選地?zé)釋?dǎo)率與銅或銀相當(dāng)?shù)耐繉印?yōu)選地具有石墨或金剛石涂層。

根據(jù)市售的多孔板的尺寸，溫度控制指可布置在長(zhǎng)度為127.8mm、寬度為85.5mm的區(qū)域內(nèi)。溫度控制指的數(shù)量可對(duì)應(yīng)于多孔板的腔的數(shù)量，優(yōu)選地具有以下值中的一個(gè)：6、8、12、16、24、48、96、384或1536。此外，可在特別是上述變體的若干倍的基體上布置不同數(shù)量的溫度控制指，以便例如用一個(gè)溫度控制體控制多個(gè)多孔板的溫度。

溫度控制指優(yōu)選地由高熱容量、高導(dǎo)熱性的材料制成，優(yōu)選地由金屬材料制成。特別地，溫度控制指的熱容量大于傳統(tǒng)市售多孔板的熱容量。

所述管路具有用于連接至少一條線路與冷卻回路和/或加熱回路的流入連接件和流出連接件，其中，通過(guò)至少一條線路的溫度控制流體的流動(dòng)能夠被控制，使得預(yù)定的單獨(dú)的溫度控制指和/或溫度控制指的至少一個(gè)預(yù)定部分組能夠相對(duì)于其余溫度控制指不同地被控制溫度。

溫度控制體的基體包括冷卻流體可流過(guò)的至少一條管路，所述管路具有用于連接所述至少一條管路與冷卻回路和/或加熱回路的流入連接件和流出連接件。所述至少一條管路的管路路線優(yōu)選地具有曲折的或螺旋的形狀，以便實(shí)現(xiàn)均勻分布在基體上的期望的溫度分布。一有利的變型例提出流過(guò)所述至少一條管路的溫度控制流體的流動(dòng)可被控制，使得預(yù)定的單獨(dú)的溫度控制指和/或溫度控制指的至少一個(gè)預(yù)定的部分組可與其余溫度控制指不同地被控制溫度。這可例如通過(guò)多個(gè)流體管路或管路區(qū)段來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些流體管路或管路區(qū)段可被接通或斷開(kāi)，以便不同地控制溫度控制指的部分組的溫度。

溫度控制指的端面可以是平坦的或稍微彎曲的。該結(jié)構(gòu)有利地適用于具有帶有平坦基底或稍微彎曲的圓形基底的腔的多孔板的溫度控制。

該實(shí)施例的另一變型的特征在于，溫度控制指的端面相對(duì)于基體的平坦表面的傾斜從溫度控制體的中間向兩個(gè)相反的邊緣區(qū)域增大。增大的傾斜度可通過(guò)布置在基體的平坦的上側(cè)上的溫度控制指的增大的傾斜位置或溫度控制指的端面的增大的斜角來(lái)形成。根據(jù)該實(shí)施例，多孔板通常由塑料制成，例如聚苯乙烯或聚氯乙烯，并且在壓力下容易彎曲。可有利地通過(guò)溫度控制指的端部向外逐漸傾斜來(lái)利用該彎曲，以便確保所有腔與溫度控制體形成平面接觸。

另一替代性實(shí)施例提出腔的基底的外壁和溫度控制指的端面具有互補(bǔ)形狀——對(duì)應(yīng)的非平面表面形狀，以便形成局部形狀配合。換句話說(shuō)，溫度控制指的端面根據(jù)鑰匙與鎖原理設(shè)計(jì)成與腔的下側(cè)的輪廓相匹配的輪廓。例如，溫度控制指的端面的表面形狀和腔的基底的外壁的表面形狀被設(shè)計(jì)為互鎖的齒，以便形成局部形狀配合。該替代性實(shí)施例提供下述優(yōu)點(diǎn)：即使在具有小直徑的腔的情況下，仍然使腔與相應(yīng)的冷卻指之間的大面積接觸和進(jìn)而的相當(dāng)大的冷卻表面和更快的溫度控制成為可能。

本發(fā)明還涉及如本文所公開(kāi)的溫度控制體和多孔板的布置，多孔板的布置成行和列的腔的網(wǎng)格間距對(duì)應(yīng)于溫度控制指的網(wǎng)格間距。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種用于冷凍樣本、特別是用于低溫保存和/或用于解凍樣本、特別是低溫保存的樣本的溫度控制設(shè)備。這些樣本特別地可以是生物樣本。溫度控制設(shè)備包括本文件所公開(kāi)的溫度控制體。溫度控制設(shè)備還包括定位裝置，用于將多孔板的溫度控制體相對(duì)于彼此定位在預(yù)定位置，其中，布置成行和列的腔的網(wǎng)格間距對(duì)應(yīng)于溫度控制指的網(wǎng)格間距，其中在所述預(yù)定位置，多孔板位于溫度控制體的上方，腔分別定位成與溫度控制指中的一個(gè)的縱向軸線齊平。溫度控制設(shè)備還包括用于使溫度控制體的溫度控制指與位于預(yù)定位置的多孔板的腔的基底相接觸的裝置。

一個(gè)可能的實(shí)施方式提出，用于形成接觸的所述裝置包括按壓體，所述按壓體可從上方按壓到位于溫度控制體上方的多孔板上，以便通過(guò)按壓壓力的效果使多孔板的腔的基底與溫度控制指的端面相接觸。按壓體優(yōu)選地包括具有至少與多孔板的腔的矩陣狀布置相同的長(zhǎng)度和寬度的與多孔板的接觸表面。

在溫度控制設(shè)備的另一有利的實(shí)施例變型中，用于形成接觸的裝置包括多個(gè)可電動(dòng)控制的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器設(shè)計(jì)成例如通過(guò)上述按壓體間接地或者直接地作用在位于溫度控制設(shè)備上方的多孔板的上側(cè)上，以便在操作致動(dòng)器時(shí)，改變多孔板與溫度控制體之間的相對(duì)距離，以將溫度控制指和腔的基底移動(dòng)形成接觸和/或脫離接觸?？呻妱?dòng)控制的致動(dòng)器可設(shè)計(jì)為微機(jī)械致動(dòng)器或壓電致動(dòng)器。

下述也是有利的：將溫度控制設(shè)備設(shè)計(jì)成使得所述多個(gè)可電動(dòng)控制的致動(dòng)器可通過(guò)溫度控制設(shè)備單獨(dú)地和/或以部分組控制，以便使單獨(dú)的腔和/或部分組的腔、例如單獨(dú)的行或列與溫度控制體形成和/或脫離接觸，而不論其他腔如何。該實(shí)施例變型再次利用塑料多孔板的彎曲性，其中，通過(guò)僅控制布置在位于多孔板上方的選定區(qū)域中的那些致動(dòng)器，僅該區(qū)域中的那些腔可移動(dòng)至與溫度控制體形成接觸和脫離接觸。

與通過(guò)冷卻介質(zhì)的溫度控制來(lái)控制冷卻和加熱速率的低溫顯微鏡不同，根據(jù)溫度控制設(shè)備，這經(jīng)由預(yù)溫度控制體與多孔板的接觸中的優(yōu)選地非?？焖俚淖兓瘉?lái)進(jìn)行。在此，溫度控制指可全部同時(shí)地或分組地以及在個(gè)別情況下只有一個(gè)溫度控制指可壓在多孔板的腔的下側(cè)上并再次縮回，從而在多孔板與溫度控制指之間產(chǎn)生和消除溫度橋，使得熱量也可被從樣本去除或被引入樣本中。

可電動(dòng)控制的致動(dòng)器是高精度微機(jī)械致動(dòng)器或壓電致動(dòng)器的實(shí)施例變型的另一優(yōu)點(diǎn)在于下述事實(shí)：這種致動(dòng)器可被用于形成接觸的裝置的控制單元控制，使得可在1ms(毫秒)至1s(秒)的范圍內(nèi)的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行使多孔板與溫度控制體相繼地形成接觸、脫離接觸以及再次形成接觸，并且這可以以<1μm的間隔精度執(zhí)行。根據(jù)另一方面，借助于可電動(dòng)控制的致動(dòng)器，可提供多孔板向溫度控制體的方向的在1μm到1mm范圍內(nèi)的位移。由此，幾乎可實(shí)施任何溫度程序和溫度梯度過(guò)程。

如已經(jīng)說(shuō)明的那樣，溫度控制設(shè)備構(gòu)造成用于處理多孔板，多孔板的布置成行和列的腔的網(wǎng)格間距對(duì)應(yīng)于溫度控制設(shè)備的溫度控制體的溫度控制指的網(wǎng)格間距。此外，溫度控制設(shè)備可包括這種多孔板。

多孔板可以是市售的多孔板。多孔板也可以與市售的多孔板不同，并適用于低溫保存以及與溫度控制體和/或溫度控制設(shè)備一起使用。在本發(fā)明的框架內(nèi)，特別地，可電控制的加熱和/或冷卻元件/優(yōu)選地珀?duì)柼杉芍撩總€(gè)腔的基底中，和/或溫度傳感器可集成至腔的基底中的至少一個(gè)中。此外，腔的基底可以是薄的并由導(dǎo)熱材料制成，或者在下側(cè)上設(shè)有與溫度控制體產(chǎn)生更大接觸面的結(jié)構(gòu)。

根據(jù)后一種變型而修改的多孔板也將作為單獨(dú)的主題公開(kāi)和要求保護(hù)。

溫度控制設(shè)備也可以以已知的方式包括可從下方冷卻的溫度控制室或殼體，所述溫度控制室或殼體可填充和/或被填充有干燥氣體，在冷卻狀態(tài)下具有溫度控制室中的包括較低的冷層和較高的暖層的豎直溫度分層，溫度控制設(shè)備還可以以已知的方式包括設(shè)在溫度控制室的殼體壁上的至少一個(gè)鎖定件，以用于引入和移除多孔板。有利地，設(shè)置兩個(gè)這種鎖定件：第一鎖定件和第二鎖定件，多孔板經(jīng)由第一鎖定件在溫暖狀態(tài)下被引入室中或從室移出，多孔板經(jīng)由第二鎖定件在冷卻狀態(tài)下被引入室中或從室移出。

已經(jīng)說(shuō)明了溫度控制設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明的溫度控制體。特別地，溫度控制設(shè)備可包括第一溫度控制體和/或第二溫度控制體，第一溫度控制體布置在溫度控制室的較低的冷層中并連接至冷卻回路，以用于生物樣本的低溫保存，第二溫度控制體布置在較高的暖層中并連接至加熱回路，以用于解凍低溫保存的生物樣本。

根據(jù)該變型例的另一方面，容納存儲(chǔ)在溫度控制室的較低的冷層中的待解凍的至少一個(gè)樣本的多孔板可借助于定位裝置定位在第二溫度控制體之上。另外，容納待冷凍的至少一個(gè)樣本并經(jīng)由所述至少一個(gè)鎖定件被引入溫度控制室中的多孔板可借助于定位裝置定位在第一溫度控制體的上方。為此，定位裝置可包括適當(dāng)設(shè)計(jì)的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，以用于在溫度控制室內(nèi)移動(dòng)多孔板。根據(jù)這一方面，位于第一和/或第二溫度控制體上方的多孔板可借助于用于形成接觸的裝置以受控制或受調(diào)節(jié)的方式降低和/或升高，以便與溫度控制體形成接觸和/或脫離接觸。

或者，定位裝置也可替代地設(shè)計(jì)成能夠?qū)囟瓤刂企w移向多孔板。

根據(jù)另一方面，溫度控制室可用例如是ln2的液態(tài)氣體、n2氣體或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻。例如，在溫度控制室底部處的槽中，液氮可開(kāi)放地儲(chǔ)存或被引入海綿狀材料中，由此產(chǎn)生豎直溫度分層。

下述也是有利的：在溫度控制室中布置冰槽，以便在潮濕的空氣經(jīng)由多孔板的引入或移除而從外部滲入溫度控制室的情況下，迫使經(jīng)由冰槽形成冰。

根據(jù)另一方面，溫度控制室內(nèi)的豎直溫度梯度被設(shè)定為使暖層的溫度基本上對(duì)應(yīng)于冷凍過(guò)程的預(yù)定起始溫度或解凍過(guò)程的預(yù)定目標(biāo)溫度，而冷層的溫度基本上對(duì)應(yīng)于冷凍過(guò)程的預(yù)定目標(biāo)溫度或解凍過(guò)程的預(yù)定起始溫度。

本發(fā)明的另一方面涉及一種冷凍生物樣本、特別是用于低溫保存和/或解凍生物樣本、特別是低溫保存的樣本的方法，所述方法使用本文件中公開(kāi)的溫度控制體和/或本文件中公開(kāi)的溫度控制設(shè)備。

根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，所述方法包括將物質(zhì)施加到儲(chǔ)存在多孔板的腔中的樣本上。

根據(jù)一有利的變型例，所施加的物質(zhì)是一種溶液，所述溶液在硬化時(shí)從外側(cè)優(yōu)選地以氣密的方式封閉腔內(nèi)容物的表面，使得不需要蓋或類(lèi)似物作為封閉件。該物質(zhì)可以是天然的或合成的油、不能與水溶液混合的液體或凝膠，或是固體co2。

根據(jù)一特別有利的變型例，物質(zhì)被施加到已經(jīng)冷凍的樣本上，其中，在解凍樣本之后和/或期間，所述物質(zhì)發(fā)生預(yù)定的反應(yīng)或與樣本的相互作用。優(yōu)選地，利用從其狀態(tài)可得出在冷凍樣本之后是否發(fā)生解凍的物質(zhì)。

根據(jù)另一有利的變型例，所述物質(zhì)的密度高于圍繞樣本的營(yíng)養(yǎng)液的密度，使得在解凍之后樣本和所述物質(zhì)的順序逆轉(zhuǎn)，從而例如漂浮在營(yíng)養(yǎng)液中的細(xì)胞可被簡(jiǎn)單地移除。

根據(jù)另一有利的變型例，施加物質(zhì)，其中，從所施加的物質(zhì)的狀態(tài)可得出關(guān)于樣本的信息，和/或在解凍樣本時(shí)物質(zhì)發(fā)生預(yù)定的反應(yīng)或與樣本的相互作用。例如，也可添加在冷凍時(shí)產(chǎn)生特定模式或具有溫度傳感器功能的液體，借助于所述液體可看出是否同時(shí)發(fā)生解凍以及結(jié)構(gòu)、顏色、混合物等是否發(fā)生變化。這可能涉及非宏觀可見(jiàn)但是可經(jīng)由散射光測(cè)量、熒光測(cè)量、拉曼測(cè)量或類(lèi)似方法容易地識(shí)別和量化的再結(jié)晶過(guò)程。例如，所述物質(zhì)可以是稀釋溶液或洗滌溶液或低溫保護(hù)劑，作為相對(duì)于樣本的分化因子作用在樣本上，或者是作為含有抗氧化劑、抗凋亡物質(zhì)或活/死染色劑的物質(zhì)。

要強(qiáng)調(diào)的是，與將物質(zhì)施加至儲(chǔ)存在腔中的樣本相關(guān)的上述程序方面也可以獨(dú)立于使用溫度控制設(shè)備和/或溫度控制體而實(shí)現(xiàn)，因此也可獨(dú)立于使用溫度控制設(shè)備和/或溫度控制體而要求保護(hù)。

為了避免重復(fù)，純粹根據(jù)該裝置而公開(kāi)的特征，也適于在制造方法的框架內(nèi)被公開(kāi)和要求保護(hù)。

總之，利用本發(fā)明，多孔板可直接用于低溫保存，從而可省去分別轉(zhuǎn)移到新的容器中。原則上，通過(guò)將溫度控制體調(diào)整成適于相應(yīng)地使用的多孔板的格式，具有任何數(shù)量的腔的多孔板可直接用于低溫保存。因此，已知的低溫技術(shù)可高效地包括在現(xiàn)有的高通量工藝鏈中，使得基于多孔板的裝置平臺(tái)的自動(dòng)化鏈在低溫區(qū)中也封閉。

附圖說(shuō)明

下面將參照附圖描述本發(fā)明的另外的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中示出了：

圖1示出多孔板和根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的溫度控制體的透視圖；

圖2示出多孔板和溫度控制體的布置，其中一部分被放大并以剖視圖示出；

圖3示出多孔板和根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的溫度控制體的剖視圖；

圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的溫度控制設(shè)備和溫度控制方法；

圖5示意性地示出根據(jù)該方法的一實(shí)施例施加物質(zhì)；

圖6a和6b示出包括溫度控制指和被填充的腔的單元；

圖7a和7b示出根據(jù)另一實(shí)施例的溫度控制體上的多孔板的剖視圖；以及

圖8a和8b示出根據(jù)另一實(shí)施例的多孔板的剖視圖。

具體實(shí)施方式

附圖中相同的部件具有相同的附圖標(biāo)記。

圖1示出了多孔板1和根據(jù)本發(fā)明的溫度控制體4的第一實(shí)施例的透視圖。在中間，示意性斜視圖示出了呈標(biāo)準(zhǔn)96孔格式的市售塑料多孔板1。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，腔(孔)2以矩陣狀方式呈八行每行十二個(gè)腔彼此相鄰地布置，并且構(gòu)成用于在這種多孔板1上容納樣本的凹部。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ansi/sbs4-2004，96孔格式多孔板中的相鄰腔的網(wǎng)格間距為9mm。

這種多孔板1可用塑料蓋覆蓋，所述塑料蓋在用于填充、排空或其他操作的機(jī)器的情況下也可以省略。在下側(cè)上，腔2以平面的方式用在光學(xué)質(zhì)量方面通常允許粘附細(xì)胞的顯微圖像的薄塑料片或膜封閉。

用于多孔板1的示例性溫度控制體4在圖1中被示為位于多孔板1的下方。溫度控制體4包括溫度控制流體可流過(guò)的長(zhǎng)方體基體6和在基體6的上側(cè)布置成行和列的準(zhǔn)確地匹配96孔多孔板1的樣式的突出的圓柱形的多個(gè)溫度控制指5。溫度控制體4由具有高熱容量和良好導(dǎo)熱性的材料制成。通常使用金屬、例如銀或合金。

與多孔板1相對(duì)應(yīng)地，96個(gè)溫度控制指5由此也以矩陣狀的方式設(shè)置成八行每行十二個(gè)溫度控制指5。溫度控制指5的網(wǎng)格間距由此對(duì)應(yīng)于多孔板1的腔2的網(wǎng)格間距，即相鄰的溫度控制指之間的距離對(duì)應(yīng)于相鄰的腔之間的間距，并且在這種情況下由此也是9mm。溫度控制指5分別基本相同地形成并且規(guī)律地沿彼此成直角的區(qū)域方向基本上等距地布置成遍布與多孔板1的接觸表面。溫度控制指5可與基體6一體地設(shè)置。溫控控制指5與布置在下方的溫度控制體6非常好地、通常熱接觸。

經(jīng)由至少2個(gè)開(kāi)口7a、7b，溫度控制氣體或溫度控制液體可流過(guò)基體6。為此，在溫度控制體6中，設(shè)置連接所述兩個(gè)開(kāi)口的流體引導(dǎo)的曲折的或螺旋形路線，從而實(shí)現(xiàn)均勻的或期望的溫度分布，由此，溫度控制指分別承擔(dān)其位置處的溫度。

溫度控制指5具有比多孔板的基底區(qū)域的熱容量大得多的盡可能高的熱容量，使得在接觸期間，溫度控制指主導(dǎo)和確定腔區(qū)域與生物樣本的溫度，即冷卻和加熱基本上在此僅受多孔板1的基底區(qū)域和生物樣本的熱導(dǎo)性的限制。

用于冷卻和/或加熱存儲(chǔ)在具有不同格式的多孔板中、例如在具有8、12、16、24、48、96、384或1536個(gè)腔的多孔板中的生物樣本，可使用適當(dāng)?shù)卣{(diào)整成適于該格式的溫度控制體，所述溫度控制體進(jìn)而具有8、12、16、24、48、96、384或1536個(gè)溫度控制指5，溫度控制指5的網(wǎng)格間距與多孔板的網(wǎng)格間距相匹配。

下文以所有96個(gè)腔2的相同的冷卻為例說(shuō)明將96孔多孔板1從室溫冷卻到目標(biāo)溫度、例如-150℃的原理。通過(guò)溫度控制指的行或列的不同溫度控制或經(jīng)由溫度控制指中的加熱元件(未示出)，也可在各溫度控制指5上實(shí)現(xiàn)不同的溫度。

對(duì)于96孔多孔板1的冷凍，首先使多孔板的溫度在1℃至15℃之間，在該溫度下，經(jīng)由移液管從上方加入低溫保護(hù)介質(zhì)。同時(shí)，溫度控制體4已經(jīng)通過(guò)經(jīng)過(guò)-150℃至-195℃的溫度下的氮?dú)舛_(dá)到目標(biāo)溫度，使得所有溫度控制指5也具有該溫度。借助于下文在圖4的內(nèi)容中描述的機(jī)構(gòu)，96孔多孔板1在此通過(guò)平坦的按壓體8從上方壓到溫度控制體4上，使得溫度控制指5的端面5a與多孔板1的96個(gè)腔2的各基底進(jìn)行直接的材料接觸。也可使用壓電控制裝置代替按壓體8使溫度控制指5與腔2的基部(圖3所示)相接觸，這使得多孔基板與溫度控制指5的接觸能夠通過(guò)垂直運(yùn)動(dòng)而再次打開(kāi)和關(guān)閉。為此，只需要微米范圍內(nèi)的小間隙。通過(guò)多次重復(fù)，可僅以這種方式實(shí)行整個(gè)板的溫度分布。

附加地或替代地，可改變流過(guò)基體6的氣體的溫度，通過(guò)該溫度，可以像通常在細(xì)胞低溫保存中那樣實(shí)行更慢的t分布(例如，在幾分之幾℃每分鐘，若干℃每分鐘范圍內(nèi))。在加熱的情況下，該過(guò)程是相反的：多孔板1非常快速地與加熱到高溫的溫度控制體4相接觸。溫暖的或熱的氣體或相應(yīng)的液體可流過(guò)它，其溫度在最簡(jiǎn)單的情況下對(duì)應(yīng)于例如10℃的目標(biāo)溫度或直接對(duì)應(yīng)于37℃，低溫保護(hù)介質(zhì)可在10℃的溫度下被沖走。在此，多孔板1也被快速地按壓至溫度控制體4。

為了如在干細(xì)胞、特別是ips的情況下所需要的那樣進(jìn)行非?？焖俚募訜?，溫度控制體4達(dá)到40℃至300℃，并且僅與多孔板1熱接觸，直到達(dá)到目標(biāo)溫度。經(jīng)由開(kāi)啟和斷開(kāi)溫度控制指5與腔2之間的熱接觸，也可控制加熱期間的溫度變化過(guò)程。

在下面的部分中，圖2示出了溫度控制體24的剖視圖，溫度控制體24具有溫度控制流體可流過(guò)的基體6以及在基體6的上側(cè)上布置成行和列的突出的多個(gè)溫度控制指25。溫度控制指25的網(wǎng)格間距再次對(duì)應(yīng)于多孔板1的腔2的網(wǎng)格間距，多孔板1部分地在圖2的中間部分放大地以剖視圖示出。在其上方以斜視圖示出多孔板1，標(biāo)記區(qū)域用作示出的剖視圖。

在腔2中的每一個(gè)中，頂部處具有氣體空間23和具有位于腔2的底板11的上側(cè)上的粘附細(xì)胞21的生物樣本20。在該實(shí)施例中，多孔板1仍然用蓋3覆蓋。

為了在溫度控制體24與多孔板1之間實(shí)現(xiàn)良好的按壓和進(jìn)而的熱接觸，在該實(shí)施例的變型例中，溫度控制指25不垂直地直立在基體6的表面6a上，而是向多孔板1的邊緣逐漸傾斜。這在圖中通過(guò)虛線5c和布置在外部區(qū)域中的溫度控制指25的兩個(gè)縱向軸線52b以夸張的方式示出，所述兩個(gè)縱向軸線52b與居中布置的溫度控制指25的縱向軸線5d相比向外傾斜。通過(guò)從上方或下方的平的壓力，多孔板1以透鏡狀的方式稍微彎曲，這確保了所有的腔2以其底側(cè)11與溫度控制指25進(jìn)行同樣良好的平面接觸。如圖2中的示例性圓柱體所示，溫度控制指的上表面、特別是端面25a可用良好的導(dǎo)熱層9覆蓋，通過(guò)所述導(dǎo)熱層可非常快速地冷卻和加熱。加熱/冷卻元件10可附加地被集成到溫度控制指25中，經(jīng)由所述加熱/冷卻元件10可控制各個(gè)元件的溫度。為此，例如利用鉑電阻溫度傳感器、例如pt100或pt1000傳感器的扁平構(gòu)造，溫度傳感器12設(shè)置在溫度控制指25的端面附近或端面上。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，上述溫度傳感器12、較高熱導(dǎo)率的層9或加熱/冷卻元件10僅示意性地針對(duì)一個(gè)或兩個(gè)溫度控制指25示出，但也可設(shè)置在所有溫度控制指25上。

類(lèi)似于圖2，圖3示出了與溫度控制體24接觸的多孔板1的剖視圖。該實(shí)施例的特別特征在于，壓電致動(dòng)器30牢固地布置在多孔板1的蓋上，使得通過(guò)壓電致動(dòng)器30的膨脹或收縮(由箭頭示出)，可建立或中斷腔2與溫度控制指25之間的接觸。這涉及從1到數(shù)百μm的范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。

圖4示例性地示出了用于存儲(chǔ)在多孔板1中的生物樣本的自動(dòng)的且直接的低溫保存的溫度控制設(shè)備40。設(shè)備40包括溫度控制室48，所述溫度控制室48中沒(méi)有濕氣，使得不會(huì)有空氣的濕氣冷凝成冰。室48還具有至少在多孔板的初始溫度以及期望的目標(biāo)溫度下的區(qū)域。

在溫度控制室48的基底處設(shè)有開(kāi)放地或以海綿狀材料、例如鋼絲絨、多孔鋁等容納液氮(ln2)的槽43。槽43用穿孔的金屬片44覆蓋，金屬片旨在防止部件落入溫度為-196℃的氮池中。

通過(guò)ln2的蒸發(fā)，在內(nèi)部空間中產(chǎn)生干燥的氮?dú)鈿夥?，其?gòu)造成水平層，從而形成具有在約-196℃的較低的冷層43a和約10℃或更暖的較高的暖層43b的幾乎線性的t梯度。

此外，示出了布置在溫度控制室48的殼體壁上的兩個(gè)鎖定件47a和47b。經(jīng)由鎖定件47a，多孔板1在溫暖時(shí)被引入溫度控制室48中或被移除。經(jīng)由鎖定件47b，多孔板1可在冷卻時(shí)被引入溫度控制室48中或被移除。

如果潮濕的空氣通過(guò)引入或移除多孔板1而進(jìn)入溫度控制室48中，則借助于冰槽49強(qiáng)制地形成冰。這是溫暖區(qū)域43b中的冷卻體。為了不經(jīng)由這些過(guò)程帶入濕氣，可將罩(未示出)再次放置在溫度控制室48的頂部上以及在鎖定件47a、47b之上，氣態(tài)干燥氮?dú)饨?jīng)由所述鎖定件逸出。整個(gè)系統(tǒng)40不以壓力密封的方式封閉，而是在頂部處具有虹吸式出口管(此處未示出)。

在溫度控制室28中，存在用于冷卻被引入的生物樣本或多孔板1的固定的冷卻的第一溫度控制體41和用于加熱生物樣本或多孔板的加熱的第二溫度控制體42。兩者不一定要相同地設(shè)計(jì)。由此，例如，加熱溫度單元42的端面的表面可適應(yīng)于-150℃的收縮的多孔基板幾何形狀，即，用于加熱的溫度控制體42的端面的表面可略小于用于冷卻的溫度控制體41的端面。

裝置40還包括定位裝置(未示出)，借助于所述定位裝置，將被控制溫度的多孔板1可根據(jù)由箭頭45a-c或箭頭46a-c所示的位移路徑在室48內(nèi)移動(dòng)，多孔板可借此特別地以精確對(duì)準(zhǔn)的方式定位在溫度控制體41和42上方。箭頭45a-c示出了加熱低溫多孔板1時(shí)的時(shí)間和空間順序。箭頭46a-c示出冷卻多孔板1時(shí)的順序。由箭頭指示的路徑被定位裝置的機(jī)械元件穿過(guò)，定位裝置的驅(qū)動(dòng)器優(yōu)選地位于溫度控制室48之外，多孔板1借助于常規(guī)的引導(dǎo)系統(tǒng)、例如桿、圈等(未示出)移動(dòng)。

例如，容納待冷凍的生物樣本的多孔板1經(jīng)由鎖定件47a被引入溫度控制室48中(箭頭46a)，并借助于定位裝置移動(dòng)到冷層43a中并在此定位在位于穿孔的板44上的第一溫度控制體41的上方(箭頭46b)。以下述方式進(jìn)行定位：多孔板1的腔分別與溫度控制體41的溫度控制指中的一個(gè)的縱向軸線對(duì)準(zhǔn)地定位。然后，由此定位的多孔板借助于用于形成接觸的裝置(未示出)以受控或受調(diào)節(jié)的方式降低，如上文結(jié)合圖3所述，以便與溫度控制體41相接觸。

在達(dá)到目標(biāo)溫度之后，多孔板1可被放置以儲(chǔ)存在較低的冷層43a中，或者經(jīng)由第二鎖定件47a從溫度控制室48移除以用于另外的處理(箭頭46c)。

圖5示意性地示出了在儲(chǔ)存于腔2中的生物樣本上施加物質(zhì)，并且為此示出了成行的在腔底11上具有流體填充物20和細(xì)胞21的腔2，。在成行的腔2中，底板11與溫度控制指5熱接觸。之前在冷卻或加熱期間，以及之后在被冷凍或被解凍狀態(tài)，用移液裝置50、例如用移液機(jī)器人將其它物質(zhì)51加到腔2中。例如，物質(zhì)51可以是在冷凍期間有用的低溫保護(hù)劑、顆粒懸浮液、固化凝膠和類(lèi)似物，但也可以是封閉材料，其在固化時(shí)從外側(cè)封閉實(shí)際腔內(nèi)容物的表面，使得無(wú)需蓋或其它物體作為封閉件，這簡(jiǎn)化了自動(dòng)化過(guò)程。然而，也可添加在冷凍時(shí)形成特定模式或具有溫度傳感器功能的流體，借助于所述流體可看出，是否同時(shí)發(fā)生解凍以及結(jié)構(gòu)、顏色、混合物等是否發(fā)生改變。這可能涉及非宏觀可見(jiàn)但可通過(guò)散射光測(cè)量、熒光測(cè)量、拉曼測(cè)量或類(lèi)似方法容易地識(shí)別和量化的再結(jié)晶過(guò)程。

如果腔的內(nèi)容物20已被冷凍，則特別重要的是將成固體或液體形式的物質(zhì)施加到腔2中。這些可以是干細(xì)胞、保護(hù)性材料或基因材料的分化因子，干細(xì)胞在解凍后立即變得活躍，基因材料在解凍后僅與其下方的溶液結(jié)合。它們也可以是在解凍后降低防凍劑的濃度的稀釋介質(zhì)。

圖6a示出了溫度控制指5和腔2的布置。在腔2中設(shè)有由三種材料組成的填充物。培養(yǎng)基60在基底上的底部處，生物樣本(在此顯示為底板上的細(xì)胞)位于培養(yǎng)基中，介質(zhì)61在培養(yǎng)基的上方，在冷凍培養(yǎng)基60之后施加介質(zhì)61，使介質(zhì)不與培養(yǎng)基混合。這都用相對(duì)于外部氣氛形成氣密的封閉的另外的介質(zhì)62覆蓋。介質(zhì)62可以是天然的或合成的油、不能與水溶液混合的液體、凝膠或固體co2。這種布置的優(yōu)點(diǎn)是它們可以最佳地適應(yīng)解凍過(guò)程或深度冷凍。介質(zhì)的性質(zhì)和布置決定了解凍時(shí)的反應(yīng)。因此，交錯(cuò)的液化在不同的溫度下進(jìn)行。根據(jù)填充物的組成，介質(zhì)可移位，從而形成新的序列，如圖6b所示。

圖6b示出了溫度控制指5和腔2的布置的兩種不同狀態(tài)。在第一狀態(tài)下，以“i”表示的是在培養(yǎng)基60被冷凍的冷卻狀態(tài)下的布置，而在第二狀態(tài)下，以“ii”表示的是培養(yǎng)基60被解凍的溫暖狀態(tài)下的布置。例如，如果在冷凍狀態(tài)下，將硅油63施加到與營(yíng)養(yǎng)液60相比具有更高的密度的固體營(yíng)養(yǎng)基上，則在提高溫度時(shí)兩相都變成液體后，該分層的順序?qū)l(fā)生變化。由于在解凍過(guò)程中，細(xì)胞64容易從表面脫離并進(jìn)入懸浮液中，因此，解凍后，它們浮在營(yíng)養(yǎng)液60中，營(yíng)養(yǎng)液60上升并最終變成上層，這在自動(dòng)系統(tǒng)中可非常容易地被移除，而不必取下蓋。

可開(kāi)發(fā)用于冷凍的替代變型例，其中例如使用甘油溶液，甘油溶液在低至-40℃的溫度下保持液體，或者根本不呈現(xiàn)固態(tài)。該布置和方法的特別的優(yōu)點(diǎn)是可監(jiān)測(cè)樣本的被觀察的低溫儲(chǔ)存以及固態(tài)和液態(tài)的材料的組合，這在常溫下是不可能的。

圖7a和7b示出具有較大的腔72的兩個(gè)經(jīng)典的孔板70、71，腔72的直徑約為2至3cm。孔板70、71整體地以針對(duì)冷凍多孔板而修改的形式被設(shè)計(jì)為注射成型部件。底板75包括良好地傳導(dǎo)熱量的薄材料、例如聚合物、金屬、金屬涂層或金剛石，使得熱量可容易地經(jīng)由位于穩(wěn)定的冷卻或加溫體73中的冷卻和加溫空間74被移除和引入?？装?0、71從上方被壓到溫度控制單元72上，并且通過(guò)在中空空間76之上產(chǎn)生輕微的負(fù)壓可在孔板中彎曲。多孔基板的總體冷卻的該變型例是簡(jiǎn)化的形式，其可與根據(jù)圖1至圖6的溫度控制體變型例組合。溫度控制體4、24被引入空間74中是這種組合的一種可能方案。冷卻或加熱流體或者溫度控制氣體流過(guò)該空間，其中，相應(yīng)的溫度變化過(guò)程經(jīng)由多孔基底75轉(zhuǎn)移到腔72中。在所有變型例中，溫度傳感器都可集成在一起，例如以布置在底板75上或每個(gè)腔72中的扁平pt-100或pt-1000傳感器的形式。替代地，溫度傳感器可布置在具有類(lèi)似或相同填充物的參照腔中，這提供用于控制溫度變化過(guò)程的調(diào)節(jié)值。

圖8a和8b示出了通過(guò)根據(jù)另一實(shí)施例的多孔板和溫度控制體的剖視圖。在此，圖8a示出了多孔板1和溫度控制體4的布置的剖視圖，兩者還未相互接觸。圖8b示出單獨(dú)的腔2與位于其下方的溫度控制圓柱體25。通過(guò)圖8b中的虛線表示，可看到具有細(xì)胞21的腔基底區(qū)域的大大放大的一部分?，F(xiàn)在可顯著提高冷卻接觸，以實(shí)現(xiàn)更快速的溫度梯度處理，因?yàn)槲挥谇?的底板11上的層82的形貌被設(shè)計(jì)成在溫度控制體上基于鑰匙和鎖的原理具有匹配件。換句話說(shuō)，溫度控制圓柱體25的端面25a和腔2的下底側(cè)11分別具有彼此形狀對(duì)應(yīng)的非平面表面形狀82、83，以便形成局部的形狀配合。所示的尖端形貌只是一個(gè)示例性可能方案。

雖然參照實(shí)施例的特定示例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然可進(jìn)行不同的修改并且可用等同物作為替代物，而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，可進(jìn)行許多修改，而不脫離相關(guān)領(lǐng)域。因此，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例的示例，而應(yīng)涵蓋屬于所附專(zhuān)利權(quán)利要求的范圍的所有實(shí)施例的示例。特別地，無(wú)論所引用的權(quán)利要求如何，本發(fā)明還要求對(duì)從屬權(quán)利要求的主題以及特征的保護(hù)。