Устройство для витрификации и способ получения образца - RU2781072C2
Код документа: RU2781072C2
Чертежи
Описание
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
В этой заявке заявлено право пользования и приоритет по статье 35 U.S.C. § 119(e) к предварительной заявке на патент № 62/488,655, поданной 21 апреля 2017, которая включена сюда в качестве ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится в общем к устройствам витрификации и способам получения образцов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Криоконсервация ооцитов человека (замораживание яйцеклеток) является одним из методов, используемых для сохранения фертильности женщин. Ооциты женщины извлекаются, замораживаются и хранятся. В будущем яйцеклетки можно размораживать, оплодотворять и переносить в матку в виде эмбрионов. Альтернативно, оплодотворенный эмбрион может быть заморожен и сохранен, а затем оттаян и перенесен в матку женщины.
Витрификация представляет собой процесс быстрой заморозки, при котором биологический образец замораживается в течение нескольких секунд с использованием, например, жидкого азота. Было показано, что витрификация ооцитов или эмбрионов дает намного лучшие результаты, чем результаты, полученные с помощью методов медленного замораживания, с точки зрения сохранения фертильности и жизнеспособности ооцитов и эмбрионов.
Биологический образец, сохраняемый путем витрификации, обычно имеет небольшой размер и является очень высокочувствительным и подвержен повреждению и потере активности во время манипуляций с человеком, например, при переносе микропипеткой. Традиционно образцы предварительно обрабатывают и подготавливают для витрификации с использованием различных агентов или растворов перед тем, как переносить в устройство для витрификации для хранения и обработки жидким азотом. Аналогично, для оттаивания, замороженный образец также обрабатывают различными теплыми агентами или растворами. Каждая стадия манипуляций включает перенос образца, такого как ооцит или эмбрион, из одного раствора в другой с применением микропипетки. Таким образом, обычный способ и инструменты несут существенный риск повреждения образца, и невозможно избежать человеческих ошибок и вариаций, связанных с такими манипуляциями.
Таким образом, существует необходимость в данной области в новых устройствах витрификации и процессах, связанных с ними, для витрификации биологических образцов, со значительно пониженными рисками повреждения образца и человеческой ошибки.
СУЩНОСТЬ
В одном аспекте данное изобретение относится к устройству витрификации. В некоторых вариантах, устройство содержит входную часть с входным портом, камеру для образца, резервуар для отходов с гидравлическим соединением с камерой для образца и фильтрующий механизм, который селективно позволяет жидкости, вводимой через входной порт, проходить через камеру для образца и в резервуар для отходов, удерживая образец в камере для образца. В некоторых вариантах, камера для образца, резервуар для отходов и фильтрующий механизм сконфигурированы так, чтобы двигать жидкость из камеры для образца через фильтрующий механизм и в резервуар для отходов капиллярным действием.
В некоторых вариантах, устройство витрификации дополнительно содержит, по крайней мере, одно обзорное окно, где обзорное окно сконфигурировано так, что образец в камере для образца виден через обзорное окно.
В некоторых вариантах, устройство витрификации дополнительно содержит крышку, способную обратимо присоединяться входной части для того, чтобы закрыть входной порт. В некоторых вариантах, крышка сконфигурирована так, чтобы герметично закрывать входной порт, чтобы прекратить поток через устройство витрификации, когда крышка присоединена к входной части. В некоторых вариантах, фильтрующий механизм содержит фильтр, имеющий множество пор с размером и конфигурацией, позволяющих получить множество жидкостных микроканалов для поддержки капиллярного действия.
В некоторых вариантах, камера для образца содержит материал, устойчивый к жидкому азоту. В некоторых вариантах, камера для образца содержит теплопроводящий материал. В некоторых вариантах, камера для образца состоит из, по крайней мере, одного из: материала на основе акрила, материала на основе полипропилена, материала на основе поликарбоната и материала на основе сложного сополиэфира. В некоторых вариантах, камер для образца имеет стенки толщиной менее или равной 0,002 дюйма.
Другой аспект данного описания относится к способу получения образца. В некоторых вариантах, способ включает доставку образца в камеру для образца и расположение рядом с фильтрующим механизмом и обработку образца первой жидкостью проталкиванием первой жидкости через камеру для образца и в резервуар для отходов гидравлической силой, в то время как фильтрующий механизм удерживает образец в камере для образца. Проталкивание первой жидкости в резервуар для отходов инициирует капиллярное действие для продвижения следующих жидкостей через камеру для образца и в резервуар для отходов.
В некоторых вариантах, способ дополнительно включает обработку образца второй жидкостью пропусканием второй жидкости через камеру для образца и в резервуар для отходов капиллярным действием, в то время как фильтрующий механизм удерживает образец в камере для образца. В некоторых вариантах, способ дополнительно включает обзор образца в камере для образца через обзорное окно в камере для образца.
В некоторых вариантах, способ дополнительно включает герметичное закрывание входного порта для текущей жидкости в камеру для образца присоединением крышки. В некоторых вариантах, способ дополнительно включает витрификацию образца в камере для образца. В некоторых вариантах, образец витрифицируют через контакт камеры для образца с жидким азотом.
В некоторых вариантах, способ дополнительно включает оттаивание образца через контакт камеры для образца теплым раствором.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлен вид в перспективе части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 2A представлен вид в перспективе крышки устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 2B представлен вид в разрезе крышки с фиг. 2A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 2C представлен вид спереди крышки с фиг. 2A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 3 представлен вид в перспективе входной части устройства витрификации, закрытой крышкой в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 4A представлен вид в перспективе передней части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 4B представлен вид сверху передней части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 5A представлен продольный разрез части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения с крышкой, присоединенной к входной части устройства.
На фиг. 5B представлен вид в разрезе входной части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 5C представлен вид спереди крышки с фиг. 5B в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 6A представлен вид в перспективе части входной части устройств витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 6B представлен вид сбоку части фильтровальной решетки в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 7A-7C представлены частичные виды различных вариантов входной части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 8A-8B представлены виды сверху различных вариантов входной части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 9A представлен вид сверху части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 9B представлен вид в разрезе устройства витрификации по линии A-A с фиг. 9A.
На фиг. 9C представлен увеличенный вид области D, показанной на фиг. 9B, в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 10A представлен вид в перспективе части входной части устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 10B представлен вид в разрезе устройства витрификации с фиг. 10A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 10C представлен вид спереди устройства витрификации с фиг. 10A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 11A показан пример методики замораживания образца эмбриона с применением устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 11B показан пример методики оттаивания образца эмбриона с применением устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 12A-12B иллюстрированы примерные варианты соединения множества единиц устройства витрификации в соответствии с данным изобретением.
На фиг. 13A представлен вид в перспективе устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 13B представлен вид в перспективе входной части устройства витрификации с фиг. 13A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 14A представлен вид сверху устройства витрификации с фиг. 13A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения с крышкой на входной части.
На фиг. 14B представлен вид сверху устройства витрификации с фиг. 13A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения с удаленной крышкой.
На фиг. 14C представлен вид в разрезе по линии A-A с фиг. 14B.
На фиг. 14D представлен вид в разрезе устройства витрификации с фиг. 13A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 15A представлен частичный вид в разрезе устройства витрификации с фиг. 13A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 15B представлен частичный вид в разрезе устройства витрификации с фиг. 13A в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 16 представлен вид сверху в перспективе устройства витрификации в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 17 представлен вид в разрезе устройства витрификации с фиг. 16 в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 18 представлен вид в перспективе входной части устройства витрификации с фиг. 16 в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 19 представлен вид в разрезе части входной части, показанной на фиг. 18 в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 20 представлен вид в разрезе части устройства витрификации с фиг. 16 в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 21 представлен вид в разрезе части устройства витрификации с фиг. 16 в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
На фиг. 22A-22D представлены виды в перспективе альтернативных вариантов входной части устройства витрификации с фиг. 16 в соответствии с некоторыми вариантами данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Представлены устройства и способы быстрой заморозки образца с применением, например, жидкого азота. В определенных предпочтительных вариантах, силы низкого давления, такие, которые создаются капиллярным действием, могут применяться для проталкивания или продвижения жидкости через устройство без повреждения образца(ов) в устройстве.
Согласно фиг. 1, показан вид в перспективе устройства витрификации 101 согласно одному варианту данного описания. Устройство витрификации 101 имеет удлиненную форму и два конца. На одном конце устройство 101 имеет входную часть (не показана) обратимо соединенную со съемной крышкой 103. На другом конце устройство 101 имеет рукоятку 102. Крышка 103 соединена с входной частью и способна вращаться вокруг продольной оси крышки 103. Устройство витрификации 101 имеет закрытую конфигурацию и, по крайней мере, одну открытую конфигурацию. В некоторых вариантах, переключение между закрытой и открытой конфигурациями достигается вращением крышки 103. В некоторых вариантах, соединение крышки 103 и входной части может быть обратимым, и крышка 103 может быть удалена из входной части при желании пользователя.
На фиг. 2A показана перспективная иллюстрация крышки 103. Крышка 103 имеет открытый конец 103a и закрытый конец 103b. В некоторых вариантах, крышка 103 содержит, по крайней мере, один входной порт 104 и, по крайней мере, одно обзорное окно 105. В некоторых вариантах, крышка 103 дополнительно содержит одно или более отверстий (не показаны). В некоторых вариантах, закрытый конец 103b имеет ручку 106 для легкого удерживания и вращения крышки 103.
На фиг. 2B показана крышка 103 согласно одному типовому варианту данного описания. Крышка 103 принимает примерную форму полого цилиндра с несколькими углублениями и/или отверстиями на боковой поверхности цилиндра. Крышка 103 имеет открытый конец 103a и закрытый конец 103b. На фиг. 2B показан разрез крышки 103 по линии A-A с фиг. 2C, которая является видом спереди крышки 103 со стороны закрытого конца 103b. Как показано на этом виде, крышка 103 имеет открытый конец 103a, закрытый конец 103b и полое пространство 103c. Существует, по крайней мере, один входной порт 104, который соединяет полое пространство 103c с внешней стороной крышки 103. В этом типовом примере, входной порт 104 содержит углубление 104a на стенке крышки 103 и входной канал 104b, который имеет острый угол с продольной осью крышки 103 так, что жидкий агент, такой как раствора, подаваемый через входной порт 104, течет непосредственно в область образца, расположенную в полом пространстве 103c. В некоторых вариантах, угол между входным каналом 104b и продольной осью крышки 103 находится в интервале от около 20° до около 70°. В некоторых вариантах, угол составляет 20°, 30°, 40°, 50°, 60° или 70°.
В некоторых вариантах, крышка 103 также имеет, по крайней мере, одно обзорное окно 105 в стенке. В некоторых вариантах, обзорное окно 105 сделано из прозрачного материала так, чтобы пользователь устройства мог легко смотреть через него для проверки состояния образца, расположенного в полом пространстве 103c. В различных вариантах, обзорное окно 105 может быть сделано из того же или другого материала по отношению к остальным частям крышки 103. В некоторых вариантах, обзорное окно 105 может образовывать углубление в стенке так, чтобы толщина в области обзорного окна 105 была меньше, чем средняя толщина стенки.
В некоторых вариантах, крышка 103 дополнительно содержит одно или более отверстий. В типовом примере, показанном на фиг. 2B, крышка 103 имеет два отверстия 107, 108, соединяющих полое пространство 103c с внешней стороной. В некоторых вариантах, если крышка 103 контактирует с жидким азотом, жидкий азот протекает через отверстия в полое пространство 103c и находится рядом с образцом, расположенным там. В некоторых вариантах, количество таких отверстий на крышке 103 не ограничено двумя. В различных вариантах, крышка 103 может иметь одно, два или более двух отверстий. Предполагается, что в некоторых вариантах, имеющих множество отверстий на крышке 103, доступно быстрое течение жидкого азота в область образца и, следовательно, быстрая витрификация образца, поскольку воздух, находящийся в полом пространстве 103c, может выходить через одно отверстие, в то время как жидкий азот поступает через другое.
В типовом примере, показанном на фиг. 2B, толщина ручки 106, измеренная как расстояние между парой стрелок B, варьируется от около 0,06 дюйма до около 0,12 дюйма. В одном типовом варианте, толщина ручки 106 составляет 0,114 дюйма.
В некоторых вариантах, диаметр полого пространства 103c, измеренный как расстояние между парой стрелок D, варьируется от около 0,06 дюйма до около 0,13 дюйма. В одном типовом варианте, диаметр составляет 0,126 дюйма. В некоторых вариантах, полое пространство 103c сконфигурировано так, чтобы размещать содержать коническую входную часть устройства витрификации. Например, в некоторых вариантах, входная часть имеет около 1° уменьшение диаметра, и крышка 103 имеет подходящее уменьшение диаметра 1° на внутреннем полом пространстве 103c. Если крышка 103 соединяется с входной частью, конические формы создают расклинивающую силу, которая помогает зацепить и/или уплотнить две части. В различных вариантах, входная часть и крышка 103 могут иметь совпадающее уменьшение диаметра в интервале 1°-5°.
В некоторых вариантах, длина крышки 103, измеренная как расстояние E, варьируется от около 0,3 дюйма до около 0,7 дюйма. В одном типовом варианте, длина крышки 103 составляет 0,64 дюйма.
На фиг. 3 показан вид в перспективе передней части устройства витрификации 101, показывающий соединение между крышкой 103 и входной частью 110 устройства. В частности, в этом виде показана первая открытая конфигурация устройства витрификации 101. В этой конфигурации, крышка 103 расположена относительно входной части 110 так, что входной порт 104 имеет гидравлическое соединение с камерой для образца 111, и обзорное окно 105 расположено над камерой для образца 111. В некоторых вариантах, входная часть 110 дополнительно содержит резервуар для отходов 112a и канал для отходов 113 для удерживания и утилизации отходов.
Применяя первую открытую конфигурацию, пользователь может доставлять жидкий агент, такой как образец или растворы для получения или обработки образца, в камеру для образца 111 через входной порт 104, в то же время отслеживать содержимое и/или активность в камере для образца 111 через обзорное окно 105. Резервуар для отходов 112a имеет гидравлическое соединение с камерой для образца 111. Затем отходы собирают в резервуар для отходов 112a и утилизируют через канал для отходов 113. В различных вариантах, камера для образца 111 может содержать разные механизмы удерживания образца, давая отходам попадать в резервуар для отходов 112.
На фиг. 4A и 4B показан вид в перспективе и вид сверху, соответственно, устройства витрификации 101 во второй открытой конфигурации. В этой конфигурации, крышка 103 расположена относительно входной части 110 так, что одно или более отверстий 107, 108 на крышке 103 расположены над камерой для образца 111. Таким образом, с применением этой конфигурации, пользователь может манипулировать и/или возвращать образец из камеры для образца 111 через, по крайней мере, одно из отверстий 107, 108. В различных вариантах, размеры отверстий 107, 108 на крышке 103 могут быть одинаковыми или разными. Не будучи привязанными к теории, рассматривается что, по крайней мере, одно отверстие 107 является достаточно большим для того, чтобы позволить легкое манипулирование и возврат образцов через них. Необязательно, другие отверстия 108 могут быть меньше, пока поток жидкого азота через отверстия не затрудняется из-за размера.
На фиг. 5A показан вид в разрезе устройства витрификации 101, показанного в первой открытой конфигурации с фиг. 3. Как показано на виде в разрезе на фиг. 5A, входная часть 110 содержит камеру для образца 111 с гидравлическим соединением с резервуаром для отходов 112a/112b. В некоторых вариантах, резервуар для отходов 112b переходит в рукоятку 102 устройства. Как показано на фиг. 5A, камера для образца 111 расположена на входной части 110, и входная часть резервуара для отходов 112a соединена с резервуаром для отходов 112b, расположенным в рукоятке 102, каналом для отходов 113. В некоторых вариантах, устройство выбрасывает жидкие отходы в резервуар для отходов 112b в рукоятке 102. В некоторых вариантах, устройство дополнительно содержит механизм, такой как запорный клапан, который предотвращает движение отходов из резервуара для отходов 112a/112b обратно в камеру для образца 111. В некоторых вариантах, устройство дополнительно содержит механизм, такой как фильтр, в рукоятке 102, который позволяет захваченному воздуху выходить при попадании жидкости в резервуар для отходов 112b, и предотвращает попадание жидкого азота в резервуар для отходов 112b.
В некоторых вариантах, входная часть 110 дополнительно содержит, по крайней мере, одно углубление 114 рядом с камерой для образца 111. В частности, в примерном варианте, показанном на фиг. 5A, углубление 114 отделено от камеры для образца 111 тонкой стенкой 150. В некоторых вариантах, крышка 103 дополнительно содержит, по крайней мере, одно отверстие 107, 108. Когда крышку соединяют с входной частью в закрытой конфигурации, отверстия 107, 108 имеют гидравлическое соединение с углублением 114, так, что жидкий азот может перетекать в углубление через отверстия. В некоторых вариантах, устройство сконфигурировано для погружения в жидкий азота в закрытой конфигурации. Таким образом, отверстия в крышке позволяют жидкому азоту затекать в углубление 114 входной части 110, и тем самым, находиться рядом с камерой для образца 111 для более быстрой витрификации образцов, содержащихся в ней. В некоторых вариантах, крышка 103 содержит, по крайней мере, два отверстия 107, 108, которые позволяют жидкому азоту легче затекать в углубление 114, поскольку воздух, захваченный в углубление, может выходить через одно отверстие, в то время как жидкий азот попадает через другое.
В некоторых вариантах, размер входной части 110 в различных положениях вдоль продольной оси может быть одинаковым или разным. В частности, в некоторых вариантах, входная часть 110 является конической. В некоторых вариантах, внутреннее пространство крышки 103 также является коническим для того, чтобы соответствовать форме входной части 110. Коническая форма создает расклинивающую силу, которая помогает сцеплять и герметично закрывать входную часть 110 крышкой 103. В некоторых вариантах, входная часть 110 и крышка 103 имеют совпадающее уменьшение диаметра в интервале 1°-5°.
На фиг. 5B показан разрез входной части 110 по линии A-A с фиг. 5C, который является видом спереди входной части 110. Как показано, в этом примерном варианте, размер входной части 110 постепенно уменьшается с того места, где она соединяется с рукояткой 102 (основа входной части 110) в направлении другого конца входной части 110 (передний конец входной части 110). В частности, размер в основании, измеренный как расстояние между парой стрелок D, находится в интервале от около 0,1 дюйма до около 0,2 дюйма. В одном типовом варианте, размер в основании входной части 110 составляет 0,127 дюйма. Размер в переднем конце входной части 110, измеренный как расстояние между парой стрелок B, составляет от около 0,1 дюйма до около 0,2 дюйма. В одном типовом варианте, размер переднего конца составляет около 0,116 дюйма.
В некоторых вариантах, длина входной части 110, измеренная как расстояние между парой стрелок E, находится в интервале от около 0,1 дюйма до около 0,4 дюйма. В одном типовом варианте, длина входной части 110 составляет около 0,351 дюйма. В некоторых вариантах, длина устройства, включая рукоятку 102 и входную часть 110, измеренная как расстояние F на фиг. 5B, составляет в интервале от около 0,5 дюйма до около 3 дюймов.
На фиг. 6A и 6B показан один пример входной части устройства витрификации. В частности, на фиг. 6A показан вид в перспективе частичной структуры входной части 110. На этом виде показана часть рукоятки 102, резервуар для отходов 112a и отверстие канала для отходов 113, которые расположены на входной части 110. Также на входной части 110 расположена камера для образца 111 и блок 115, который разделяет камеру для образца 111 и резервуар для отходов 112a. В некоторых вариантах, если крышка (не показана) соединена с входной частью 110, верх блока 115 сцепляется с внутренней стенкой крышки. В некоторых вариантах, таких, как показан на фиг. 6A, верх блока 115 содержит фильтрующий механизм, такой как фильтрационная решетка 151, который сохраняет камеру для образца 111 в гидравлическом соединении с резервуаром для отходов 112, когда крышка (не показана) соединена с входной частью 110.
На фиг. 6B показан увеличенный вид, показывающий частичные структуры фильтрационных решеток 151, как показано на фиг. 6A. Также показаны частичные структуры рукоятки 102 и входной части 110 устройства. В этом варианте, фильтрационные решетки 151 содержат множество чередующихся низких 151a и высоких сегментов 151b. Таким образом, если входная часть 110 сцепляется с крышкой (не показана), верх высоких сегментов 151b сцепляется с внутренней стенкой крышки, образуя каналы на низких сегментах 151a, которые соединяют резервуар для отходов 112a и камеру для образца 111 гидравлическим соединением.
В некоторых вариантах, если крышка закрыта, устройство доставки жидкости, такое как микропипетка, может применяться для проталкивания жидких отходов через каналы в резервуар для отходов, в то время как образец, такой как ооцит или эмбрион, остается в области для образца. Таким образом, в некоторых вариантах, размер фильтрационных решеток 151 зависит от типа образца, применяемого в устройстве витрификации. В некоторых вариантах, размер выбирают так, чтобы каналы пропускали отходы, но удерживали образец. Например, в вариантах, где образцом является человеческий ооцит или эмбрион, размер (такой как диаметр, ширина или длина, в зависимости от формы канала) каждого канала составляет в интервале от 0,0005 до 0,0015 дюйма.
Кроме того, не претендуя на теорию, полагают, что на размер каналов также влияет давление жидкости на образец, расположенный в камере для образца. Количество каналов не является критическим, и устройство работает с одним или более чем одним каналами. В некоторых вариантах, полагают, что многоканальный дизайн помогает для снижения встречного давления, что позволяет быстрое заполнение жидкости и меньший напор на образец в области для образца.
В некоторых вариантах, фильтрационные решетки 151 образуют один канал, соединяющий камеру для образца и резервуар для отходов, и площадь сечения потока (определенная как площадь поперечного сечения, перпендикулярная продольной оси канала) находится в интервале от около 7×10–7 д2 до 1,5×10–6 д2. В других вариантах, фильтрационные решетки 151 образуют множество каналов, соединяющих камеру для образца и резервуар для отходов, и общая площадь сечения потока всех объединенных каналов составляет от около 7×10–7 д2 до 1,5×10–6 д2.
Теперь становится понятным, что в некоторых вариантах, фильтрационные решетки 151 способствуют отделению жидких отходов от конкретного образца, находящегося в камере для образца 111. В некоторых вариантах, фильтрационные решетки 151 способствуют удалению отходов из камеры для образца. В частности, в некоторых вариантах, жидкие отходы перетекают в резервуар для отходов 112a через каналы, образованные фильтрационными решетками 151, а образцы, имеющие размер частиц больше диаметра каналов, остаются в камере для образца 111. Поток жидкостей в данном устройстве может управляться различными механизмами. Например, в некоторых вариантах, если крышка соединена с входной частью, устройство доставки жидкости, такое как микропипетка, может создавать давление жидкости в камере для образца через входной порт, и проталкивать поток жидкости в направлении резервуара для отходов. В альтернативных вариантах, механизм отсасывания может двигать поток жидкостей в направлении резервуара для отходов. Дополнительно, в некоторых вариантах, жидкостные микроканалы, образованные фильтрационными решетками 151, имеют конфигурацию, создающую силу капиллярного затекания, которая способствует продвижению жидких отходов в направлении резервуара для отходов. Капиллярное действие инициируется, когда первый раствор вводят через входной порт 104 с гидравлической силой, например, с применением пипетки. Жидкость проталкивают через камеру для образца 111, через фильтрационные решетки 151 и в резервуар для отходов 112. Присутствие жидкости в резервуаре для отходов 112, в сочетании с определенного размера жидкостными микроканалами по всему устройству, создает силу, достаточную для протягивания последующих жидкостей через устройство 101 с применением капиллярного действия.
На фиг. 7A-7C показан дополнительные примерные варианты устройства витрификации. В частности, на фиг. 7A представлен вид в перспективе частичной структуры входной части 710. В этом варианте, островок 719 отделяет камеру для образца 711 и резервуар для отходов 712. Обходные каналы 718 на обеих сторонах островка 719 соединяют камеру для образца 711 и резервуар для отходов 712 гидравлическим соединением. В некоторых вариантах, островок 719 дополнительно содержит захватывающий карман 716, сконфигурированный так, чтобы захватывать и удерживать образец в нем. Захватывающий карман 716 имеет открытый конец в направлении камеры для образца 711 и закрытый конец в направлении резервуара для отходов 712. Как показано на чертеже, в некоторых вариантах, улавливающий карман 716 принимает “U” форму.
В некоторых вариантах, верх островка 719 дополнительно содержит фильтрующий механизм, такой как множество фильтрационных каналов 717, которые соединяются на одном конце с захватывающим карманом 716, и на другом конце с резервуаром для отходов 712. Если крышка (не показана) соединена с входной частью 710, верхняя поверхность островка 719 сцепляются с внутренней стенкой крышки, и фильтрационные каналы 717 соединяют захватывающий карман 716 с резервуаром для отходов 712 гидравлическим соединением.
Согласно данному описанию, размер фильтрационных каналов и обходных каналов может варьироваться. На фиг. 7B показан примерный вариант, в котором обходные каналы 718 частично заполнены вдоль дна, тем самым ограничивая каналы 718 до меньшего размера. Не претендуя на теорию, полагают, что размеры обходных каналов 718 и фильтрационных каналов 717 влияют на поток жидкости над образцом, расположенным в захватывающем пакете 716, а также давление жидкости на образец. Не критично определять количество обходных каналов 718 или фильтрационных каналов 717. Данное устройство может работать с, по крайней мере, одним обходным каналом 718 и, по крайней мере, одним фильтрационным каналом 717. В данном описании площадь сечения потока канала определена как площадь поперечного сечения перпендикулярно продольно оси канала. В некоторых вариантах, общая площадь сечения потока обходного канала(ов) составляет от около 5×10–6 д2 до 2×10–5 д2. В некоторых вариантах, общая площадь сечения потока фильтрационного канала(ов) составляет от около 7×10–7 дn2 до 1,5×10–6 д2.
В некоторых вариантах, соотношение между общей площадью сечения потока обходных каналов и общей площадью сечения потока фильтрационных каналов выбирают так, чтобы достигнуть оптимального потока и давления жидкости над образцом в захватывающем кармане. Полагают, что более высокое соотношение обходных к фильтрационным заставляет большее количество жидкостей протекать через обходные каналы (т.е. обходящие захватывающий карман), и таким образом, образец в захватывающем кармане подвергается меньшей обработке жидкостью. Более низкое соотношение позволяет большее количество жидкостей протекать через захватывающий карман и фильтрационные каналы, тем самым создавая более высокое давление жидкости на образец. Следовательно, в некоторых вариантах, соотношение обходных к фильтрационным составляет от около 6:1 до около 4:1. В частности, в некоторых вариантах, соотношение обходных к фильтрационным составляет около 5:1.
В некоторых вариантах, размер фильтрационного канала также выбирают на основе типа образца, применяемого в устройстве витрификации. В частности, в некоторых вариантах, размер фильтрационного канала выбирают так, чтобы он позволял проходить отходам, но задерживал образец в захватывающем кармане. Например, в вариантах, где образцом является человеческий ооцит или эмбрион, диаметр каждого фильтрационного канала составляет от 0,0005 до 0,0015 дюйма.
В соответствии с данным описанием, размер захватывающего кармана может варьироваться. Например, на фиг. 7C показан примерный вариант, в котором длина захватывающего кармана 916 увеличен по сравнению с вариантом, показанным на фиг. 7A. В других вариантах, толщина и/или ширина захватывающего кармана 716 может варьироваться. В некоторых вариантах, объем захватывающего кармана достаточен для удерживания нескольких ооцитом или эмбрионов человека или животного. В некоторых вариантах, размер камеры для образца 711 на входной части 910 может варьироваться. Например, фиг. 8A и 8B иллюстрируют два примерных варианта, где на фиг. 8A длина входной части 810, размещающей камеру для образца 811, увеличена по сравнению с фиг. 8B.
На фиг. 9A-9C представлены схематические иллюстрации одного варианта устройства витрификации в соответствии с данным описанием. На фиг. 9A показана рукоятка 902, входная часть 910 и различные структуры, расположенные на входной части 910, которая включает камеру для образца 911, резервуар для отходов 912, отверстие канала для отходов 913 и островок 919. В этом варианте, островок 919 имеет захватывающий карман U-формы 916 и фильтрующий механизм, такой как множество фильтрационных каналов 917, соединяющих захватывающий карман U-формы 916 с резервуаром для отходов 912. На фиг. 9B показан вид в разрезе вдоль линии A-A на фиг. 9A. На виде в разрезе показана рукоятка 902, входная часть 910 и различные структуры, расположенные на входной части 910, которые включают углубление 914, захватывающий карман 916 и множество фильтрационных каналов 917. На фиг. 9C представлен увеличенный вид площади D, показанной на фиг. 9B. На этом виде дополнительно видны обходные каналы 918.
В некоторых вариантах, длина захватывающего кармана U-формы 916, измеренная как расстояние между парой стрелок D на фиг. 9A, варьируется от около 0,02 дюйма до около 0,04 дюйма; в одном типовом варианте, длина захватывающего кармана 916 составляет 0,038 дюйма.
В некоторых вариантах, ширина захватывающего кармана 916, измеренная как расстояние между парой стрелок B на фиг. 9A, варьируется от около 0,005 дюйма до около 0,02 дюйма. В одном типовом варианте, ширина захватывающего кармана 916 составляет 0,015 дюйма.
В некоторых вариантах, длина островка 919, измеренная как расстояние между парой стрелок C на фиг. 9A, составляет от около 0,03 дюйма до около 0,07 дюйма. В одном типовом варианте, длина островка 919 составляет 0,68 дюйма.
В некоторых вариантах, глубина захватывающего кармана 916, измеренная как расстояние между парой стрелок E на фиг. 9C, составляет от около 0,01 дюйма до около 0,03 дюйма. В одном типовом варианте, глубина захватывающего кармана 916 составляет 0,021 дюйма.
В некоторых вариантах, глубина обходного канала 918, измеренная как расстояние между парой стрелок F на фиг. 9C составляет от около 0,001 дюйма до около 0,005 дюйма. В одном типовом варианте, глубина обходного канала 918 составляет 0,005 дюйма.
В некоторых вариантах, если устройство витрификации имеет первую открытую конфигурацию, входной порт крышки расположен относительно входной части так, что, по крайней мере, один конец входного порта находится рядом с захватывающим карманом. Таким образом, пользователь может легко доставлять образец в захватывающий карман через входной порт с применением, например, микропипетки.
В некоторых вариантах, фильтрационные каналы 717, 917 способствуют отделению жидких отходов от конкретного образца, содержащегося в захватывающем кармане 716, 916. В частности, в некоторых вариантах, жидкие отходы текут в резервуар для отходов 712, 912 через фильтрационные каналы 717, 917, а образец, имеющий размеры частиц больше диаметра каналов, удерживается в захватывающем кармане 716, 916. Поток жидких отходов может продвигаться различными механизмами. Например, в некоторых вариантах, если крышка сцепляется с входной частью, устройство доставки жидкости, такое как микропипетка, может создавать жидкостное давление в камере для образца через входной порт, и проталкивать поток жидкостей в направлении резервуара для отходов. В альтернативных вариантах, механизм отсасывания может продвигать поток жидкостей в направлении резервуара для отходов. Дополнительно, в некоторых вариантах, жидкостные микроканалы сконфигурированы так, чтобы обеспечивать силу капиллярного затекания, которая способствует продвижению жидких отходов в направлении резервуара для отходов. Капиллярное действие инициируется, когда первый раствор вводят в камеру для образца 711, 911 с жидкостной силой, например, с применением пипетки. Жидкость проталкивают через камеру для образца 711, 911, через фильтрационные каналы 717, 917 и в резервуар для отходов 712, 912 и канал для отходов 713, 913. Присутствие жидкости в канале для отходов 713, 913 в сочетании с жидкостными микроканалами конкретного размера через все устройство создает силу, достаточную для пропускания последующих жидкостей через устройство 701, 901 с применением капиллярного действия.
На фиг. 10A-10C показан дополнительный вариант устройства витрификации в соответствии с данным описанием. В частности, на фиг. 10A представлен вид в перспективе частичных структур устройства, который демонстрирует части рукоятки 1002 и входную часть 1010. Входная часть 1010 содержит камеру для образца 1011, фильтрующий механизм, включающий фильтр 1021 и рампу 1020, расположенную между камерой для образца 1011 и фильтром 1021. На фиг. 10B представлено поперечное сечение варианта, показанного на фиг. 10A по линии A-A с фиг. 10C, которое показывает входную часть 1010 и рукоятку 1002. На фиг. 10B показан фильтр 1021, покрывающий канал для отходов 1013, который связан с резервуаром для отходов 1012, расположенным в рукоятке 1002.
В некоторых вариантах, толщина фильтра 1021 измеренная как расстояние между парой стрелок B на фиг. 10B, составляет от около 0,01 дюйма до около 0,03 дюйма. В одном типовом варианте, толщина фильтра 1021 составляет 0,22 дюйма.
Рампа 1020 соединяет камеру для образца 1011 с фильтром 1021. На фиг. 10B показано устройство витрификации (без крышки), расположенное горизонтально с камерой для образца 1021, лицевой стороной вверх. Как показано, рампа 1020 имеет угол наклона к поверхности камеры для образца 1011 и расположена вверх от одного конца камеры для образца 1011. В некоторых вариантах, для сбора отходов применяют микропипетку для проталкивания жидкостей в камере для образца 1011 для течения через рампу 1020 и в направлении фильтра 1021. Жидкие отходы текут через фильтр 1021 в резервуар для отходов 1012, одновременно предотвращается протекание образца большего размера. Таким образом, образец удерживается в камере для образца. Не будучи связанными теорией, также полагают, что рампа 1020 способствует предотвращению присоединения образца, такого как ооциты или эмбрион, к фильтру 1021, так как гравитация действует на образец протягиванием его вниз рампы 1020 и от фильтра 1021.
Альтернативно или дополнительно, в некоторых вариантах, рампа 1020 образует, по крайней мере, один жидкостной микроканал, тем самым обеспечивая силу капиллярного затекания для движения жидких отходов из камеры для образца 1011 в направлении фильтра 1021. Капиллярное действие инициируется, когда первый раствор вводят в камеру для образца 1011 с гидравлической силой, такой как применением пипетки. Жидкость проталкивают через камеру для образца 1011, вдоль рампы 1020 и в резервуар для отходов 1012. Присутствие жидкости в резервуаре для отходов 1012 в сочетании жидкостными микроканалами определенного размера по всему устройству создают силу, достаточную для протягивания последующих жидкостей через устройство 1001 с применением капиллярного действия. Альтернативно или дополнительно, в некоторых вариантах, фильтр 1021 сделан из абсорбирующего материала, такого как губка или фильтровальная бумага, тем самым также обеспечивая силу капиллярного затекания, которая способствует удалению жидкого отхода из камеры для образца 1011.
В некоторых вариантах, фильтр 1021 селективно пропускает отходы в канал для отходов 1013, препятствуя пропусканию образца. Например, в некоторых вариантах, фильтр 1021 содержит механизм, который разделяет отходы и образец на основе их соответствующих размеров. В некоторых вариантах, механизм позволяет протекать жидкому компоненту, но удерживает твердый компонент смеси. В некоторых вариантах, фильтр 1021 имеет поры, достаточно маленькие для блокирования прохождения твердого образца, такого как ооциты или эмбрионы. В различных вариантах, размер пор может варьироваться в зависимости от типа образцов. В некоторых вариантах, фильтр 1021 делают из фильтрационного материала. Подходящие фильтрационные материалы, которые могут применяться в данном описании, включают, но не ограничены ими, спеченные полиэтиленовые шарики, полимерные сита и волокнистую бумагу. В некоторых вариантах, фильтрационный материал предотвращает прилипание образца к фильтру 1021.
В некоторых вариантах, устройство витрификации дополнительно имеет закрытую конфигурацию (не показана). В закрытой конфигурации крышку размещают относительно входной части так, чтобы ни одно из отверстий на крышке не было в гидравлическом соединении с камерой для образца, и камеру для образца герметично закрывают стенкой крышки. В некоторых вариантах, в закрытой конфигурации одно или более углублений или отверстий на крышке помещают рядом с камерой для образца. В некоторых вариантах, в закрытой конфигурации, одно или более отверстий в крышке находятся в гидравлическом соединении с углублением на входной части.
Устройство витрификации в закрытой конфигурации может быть погружено в жидкость без прямого воздействия жидкости на содержимое камеры для образца. В некоторых вариантах, устройство витрификации сконфигурировано для погружения, по крайней мере, входной части и частей крышки, в жидкий азот для витрификации образца, содержащегося в камере для образца. В некоторых вариантах, устройство также сконфигурировано для погружения в теплую среду для оттаивания образца, содержащегося в нем. В этих вариантах, жидкий азот или теплая среда могут быть легко размещены рядом с образцом, например, через отверстия на крышке, но не вступать в непосредственный контакт с образцом, когда устройство находится в закрытой конфигурации. В некоторых вариантах, по крайней мере, входная часть и части крышки устройства сделаны из материала, устойчивого к жидкому азоту. В некоторых вариантах, материал является теплопроводным так, чтобы было возможным быстро витрифицировать и оттаивать образец. Примеры материалов, которые могут применяться в данном описании, включают, но не ограничены ими, материал на основе акрила, материал на основе полипропилена, материал на основе поликарбоната и материал на основе сложного сополиэфира.
В некоторых вариантах, переключение между открытой и закрытой конфигурациями достигается вращением крышки вдоль ее продольной оси, например, на около 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 70°, 80°, 90°, 100°, 110°, 120°, 130°, 140°, 150°, 160°, 170° или 180°. В частности, возвращаясь к примерному варианту, показанному на фиг. 2B, входной порт 104 и отверстия 107, 108 расположены на противоположных сторонах крышки 103. В этом варианте, переключение между первой открытой конфигурацией и закрытой конфигурацией может быть достигнуто вращением крышки 103 на около 90° вокруг ее продольной оси, и переключение между первой открытой конфигурацией и второй открытой конфигурацией может быть достигнуто вращением крышки 103 на около 180° вокруг его продольной оси. В некоторых вариантах, крышка 103 дополнительно содержит ручку 106, которая способствует удерживанию и вращению крышки.
На фиг. 11A и 11B показаны примеры методик замораживания и оттаивания эмбрионов с применением данного устройства витрификации. Как показано на фиг. 11A, для замораживания, устройство сначала помещают в первую открытую конфигурацию. Культуральную среду подают в камеру для образца через входной порт на крышке, затем подают образец эмбриона в камеру для образца. Затем подходящий уравновешивающий раствор добавляют через входной порт, и эмбрионы уравновешивают в уравновешивающем растворе в течение периода времени, до сбора отходов. Затем раствор для витрификации добавляют через входной порт, и эмбрионы инкубируют в растворе для витрификации в течение периода времени до сбора отходов. Затем крышку вращают в закрытую конфигурацию, и входную часть устройства быстро погружают в резервуар с жидким азотом для витрификации эмбрионов.
Как показано на фиг. 11B, для оттаивания замороженное устройство в закрытой конфигурации быстро погружают в 37°C теплую баню и инкубируют в течение периода времени. Затем крышку вращают до первой открытой конфигурации. 37°C раствор для оттаивания пропускают через входной порт в камеру для образца, и эмбрионы нагревают в течение периода времени. Затем добавляют раствор для разведения комнатной температуры, и эмбрионы уравновешивают в растворе для разведения в течение периода времени до сбора отходов. Затем добавляют промывочный раствор комнатной температуры в камеру для образца, и эмбрионы уравновешивают в течение периода времени до сбора отходов. Стадию промывки можно повторить, при необходимости, затем 37°C культуральную среду добавляют в камеру для образца. Затем крышку вращают до второй открытой конфигурации, и эмбрионы достают через отверстие в крышке.
Понятно, что методики замораживания и/или оттаивания образца с применением данного устройства могут снизить количество манипуляций микропипеткой в, по крайней мере, четыре раза без потери качества приготовленного образца. Кроме того, благодаря строенному механизму сбора отходов, количество раствора, перебрасываемого на каждой стадии, снижается, и становится более стабильным от пользователя к пользователю. Таким образом, преимущества данного устройства включают снижение риска повреждения, связанного с человеческими манипуляциями, хрупких образцов, а также снижение человеческой ошибки, связанной с приготовлением образца, тем самым улучшая стабильность качества образца.
Представленные выше методики замораживания и оттаивания даны только в качестве примера и никаким образом не ограничивают применение данного устройства витрификации конкретными описанными примерами. Например, образцы, которые могут применяться в связи с данным устройством, не ограничены образцами эмбрионов, но также включают, например, ооциты, соматические клетки и другие подходящие типы образцов. Кроме того, химические агенты, применяемые для обработки образцов, не ограничены теми, которые описаны выше; скорее предполагается, что данное устройство является универсальным и может использоваться с различными коммерчески доступными наборами для витрификации. Дополнительно, данное устройство может применяться для обработки образца и сохранения вне контекста замораживания и оттаивания. Специалисты в данной области техники должны быть в состоянии предусмотреть дополнительные модификации и вариации, которые не отклоняются от принципа настоящего описания, и эти модифицированные или измененные варианты все еще охватываются объемом настоящей заявки.
На фиг. 12A и фиг. 12B показаны примерные варианты, в которых множество единиц устройства витрификации в соответствии с данным описанием могут быть соединены вместе, например, для удобства хранения или транспортировки. На фиг. 12A показан примерный вариант, в котором каждая единица устройства витрификации 1201 имеет заглушку 1202 на одном конце и гнездо 1203 на другом конце. Заглушка 1202 одной единицы сцепляется с гнездом 1203 другой единицы так, что две единицы могут быть соединены вместе. На фиг. 12B показан другой примерный вариант, в котором каждая единица устройства витрификации 1201 имеет магниты 1202, 1203 на обоих концах. Магниты 1202, 1203 сцепляются друг с другом, тем самым соединяя множество единиц вместе.
На фиг. 13A показан альтернативный вариант устройства витрификации в соответствии с данным описанием. Как показано, устройство витрификации 1301 включает удлиненный элемент, имеющий часть рукоятки 1302 и входную часть 1310. Входная часть 1310 может обратимо соединяться с крышкой 1303. В некоторых вариантах, входная часть 1310 является цилиндрической и может сцепляться с цилиндрическим полым пространством в крышке 1303. В некоторых вариантах, входная часть 1310 скошена, имея больший размер на конце, близком к рукоятке 1302, и меньший размер на конце, дальнем от рукоятки 1302. В некоторых вариантах, входная часть 1310 скошена под наклоном от около 1° до около 5°. В некоторых вариантах, полое пространство в крышке 1303 также скошено с соответствующим уклоном так, чтобы скошенные формы входной части 1310 и крышки 1303 создавали расклинивающую силу, которая помогает сцеплять и/или герметизировать две части вместе. В некоторых вариантах, входная часть 1310 дополнительно содержит пробку-колпачок 1323 для остановки дальнейшего движения крышки 1303 в направлении входной части 1310, тем самым предотвращая закрытие крышкой 1303 обзорного окна 1305 или углубления 1314. В некоторых вариантах, крышка 1303 дополнительно содержит ручку 1306 для простоты удерживания и вращения крышки 1303.
На фиг. 13B представлен вид в перспективе входной части 1310 устройства витрификации. В некоторых вариантах, входная часть 1310 включает камеру для образца (не показана), которая имеет гидравлическое соединение с резервуаром для отходов (не показан), находящимся в рукоятке 1302. Входной порт 1304 соединяет камеру для образца с внешней стороной. Входная часть дополнительно содержит обзорное окно 1305 и, по крайней мере, часть камеры для образца может быть видна извне через обзорное окно 1305. В некоторых вариантах, входная часть 1310 дополнительно включает одно или более углублений 1314, которые расположены близко к камере для образца. В некоторых вариантах, находясь в контакте с жидким азотом, углубление 1314 позволяет жидкому азоту находиться рядом с камерой для образца для лучшей витрификации образца, содержащегося в ней. В некоторых вариантах, входная часть 1310 дополнительно содержит углубление 1315 рядом с отверстием входного порта 1304. Углубление 1315 позволяет инструментам доставки образца, таким как микропипетка, достигать отверстия входного порта 1304 более легко. Углубление 1315 также предотвращает попадание воздуха в камеру для образца и образование воздушных пузырьков при вдавливании крыши 1303 во входную часть 1310.
На фиг. 14A-14D показано устройство витрификации 1301, показывающее рукоятку 1302, входную часть 1310 и крышку 1303. Как показано на виде сверху на фиг. 14A, часть входной части 1310, которая отдалена от части рукоятки 1302, вставляют в крышку 1303. В некоторых вариантах, пробка-колпачок 1323 помогает предотвращать блокировку крышкой 1303 обзорного окна 1305. В частности, в некоторых вариантах, пробка-колпачок 1303 расположена дальше от рукоятки 1302, чем обзорное окно 1305. В некоторых вариантах, крышка также содержит ручку 1306 для простоты удерживания и вращения крышки 1303. На фиг. 14B также показан вид сверху устройства витрификации 1301. На этом виде крышку 1303 удаляют из входной части 1310 и открывают входной порт 1304.
На фиг. 14C показано поперечное сечение по линии A-A с фиг. 14B. Как показано, входная часть 1310 содержит камеру для образца 1311, которая соединена с внешней стороной через входной порт 1304. Камера для образца 1311 имеет, по крайней мере, одну поверхность 1321, на которой расположен образец. Обзорное окно 1305 находится над камерой для образца 1311 так, чтобы содержимое и/или активность в камере для образца 1311 можно было видеть снаружи. Углубление 1314 находится рядом с камерой для образца 1311. В этом примерном варианте, камера для образца 1311 и углубление 1314 разделены тонкой стенкой, которая позволяет быструю теплопередачу, например, между образцом в камере для образца 1311 и жидким азотом в углублении 1314. В некоторых вариантах, входная часть 1310 дополнительно содержит углубление 1315 рядом с отверстием входного порта 1304.
Камера для образца 1311 имеет жидкостное соединение с резервуаром для отходов 1312, которое продлевается в рукоятку 1302 части устройства. Фильтрующий механизм 1320 расположен между камерой для образца 1311 и резервуаром для отходов 1312. В некоторых вариантах, фильтрующий механизм 1320 селективно пропускает отходы в резервуар для отходов 1312, сохраняя образец в камере для образца 1311. В некоторых вариантах, фильтрующий механизм 1320 разделяет отходы и образец на основе их соответствующих размеров. В некоторых вариантах, фильтрующий механизм 1320 пропускает жидкий компонент, но удерживают твердый компонент смеси. В некоторых вариантах, фильтрующий механизм 1320 имеет поры, достаточно маленькие для блокировки прохождения твердого образца, такого как ооциты и эмбрионы. В различных вариантах, размер пор может варьироваться в зависимости от типа образцов.
В некоторых вариантах, фильтрующим механизмом 1320 является сито. В некоторых вариантах, отверстия в сите достаточно малы, чтобы позволять силе капиллярного затекания продвигать жидкость посредством капиллярного действия. В некоторых вариантах, при применении, гидравлическое давление сначала создается в камере для образца 131 для проталкивания жидкости через сито. Присутствие жидкости в резервуаре для отходов 1312 создает силу, достаточно сильную для проталкивания жидкостей через устройство 1301 с применением капиллярного действия. Более того, жидкость, текущая через сито для увлажнения отверстий, может быть добавлена к силе капиллярного затекания для движения жидкости и/или последующих дополнительных жидкостей через сито даже без гидравлического давления. В соответствии с данным описанием, материалы, подходящие для фильтрующего механизма 1320, включают, но не ограничены ими, спеченные полиэтиленовые шарики, полимерное сито и волокнистую бумагу. В некоторых вариантах, материал имеет гладкую поверхность и предотвращает прилипание или присоединение образца.
На фиг. 14D показано поперечное сечение всего устройства. Крышка 1303 имеет внутреннее полое пространство 1324 для размещения входной части 1310. В некоторых вариантах, если крышка 1303 соединена с входной частью 1310, входной порт 1304 герметично закрыт. Воздушный карман образуется в углублении 1315 при вжимании крышки 1303 во входную часть 1310. Таким образом, углубление 1315 предотвращает проталкивание воздуха во входной порт 1304 и образование пузырьков в камере для образца 1311 при соединении крышки 1303 с входной частью 1310. В некоторых вариантах, входная часть 1310 дополнительно содержит пробку-колпачок 1323 для предотвращения блокирования крышкой 1303 обзорного окна 1305. В некоторых вариантах, устройство дополнительно содержит механизм, который предотвращает попадание отходов из резервуара для отходов 1312 обратно в камеру для образца 1311. В некоторых вариантах, устройство дополнительно содержит механизм, такой как фильтр 1322, который позволяет воздуху в резервуаре для отходов 1312 выходить при поступлении отходов, и предотвращает попадание жидкого азота в резервуар для отходов 1312. В некоторых вариантах, фильтр 1322 также предотвращает протекание жидких отходов из резервуара для отходов 1312. В некоторых вариантах, фильтр 1322 имеет размер пор, достаточно маленький для предотвращения прохождения жидкости через него, но достаточно большой для прохождения воздуха. В некоторых вариантах, фильтр 1322 имеет размер пор около 20 микронов. В некоторых вариантах, фильтр 1322 сделан из ПТФЭ, полиэтилена или полипропилена.
На фиг. 15A и 15B показаны альтернативные варианты устройства витрификации 1301 в перспективе. Поперечное сечение вдоль продольной оси устройства также показано. В частности, на фиг. 15A показана частичная структура устройства витрификации 1301, включающая рукоятку 1302 (частично показана) и входную часть 1310 (частично показана). Входная часть 1310 содержит камеру для образца 1311. Входной порт 1304 соединяет камеру для образца 1311 с внешней частью. Входная часть 1310 дополнительно содержит резервуар для отходов 1312, который продлевается в рукоятку 1302. В этом примерном варианте, фильтрующий механизм 1320, такой как сито, расположен между камерой для образца 1311 и резервуаром для отходов 1312. Обзорное окно 1305 расположено над камерой для образца 1311 так, чтобы пользователь мог видеть содержимое и/или активность внутри камеры для образца 1311 через обзорное окно 1305. Входная часть 1310 дополнительно содержит, по крайней мере, два углубления 1314 рядом с камерой для образца 1311. При контакте с жидким азотом, углубления 1314 позволяют жидкому азоту находиться рядом с камерой для образца 1311 для лучшего эффекта витрификации. Когда крышку (не показана) соединяют с входной частью 1310, входной порт 1304 герметично закрывается. В некоторых вариантах, входная часть 1310 дополнительно содержит углубление 1315 рядом с отверстием входного порта 1304. Углубление 1315 позволяет инструментам доставки образца, таким как микропипетка, легче достигать отверстия входного порта 1304. Углубление 1315 также предотвращает попадание воздуха в камеру для образца 1311 и образование воздушных пузырьков при вдавливании крышки во входную часть 1310.
Как показано на фиг. 15A, камера для образца 1311 имеет, по крайней мере, поверхность 1321, на которой может быть расположен образец. Принимающая образец поверхность 1321 может быть под углом к входному порту 1304 для простоты доставки образца на поверхность 1321. В некоторых вариантах, угол между входным портом 1304 и принимающей образец поверхностью 1321 составляет от около 20° до около 70°. В соответствии с данным описанием, размеры принимающей образец поверхности 1321 и входного порта 1304 не являются критичными, пока позволяют простую доставку образца. На фиг. 15B показан альтернативный вариант, где уменьшена площадь принимающей образец поверхности 1321. В этом примерном варианте, входной порт 1304 имеет два сегмента. Первый сегмент рядом с входным портом 1304 имеет больший диаметр по сравнению со вторым сегментом рядом с камерой для образца. В других вариантах, входной порт 1304 может быть коническим, с большим размером на уровне отверстия и уменьшением размера в направлении камеры для образца 1311.
На фиг. 16-21 иллюстрирован альтернативный вариант устройства витрификации в соответствии с данным описанием. На фиг. 16 представлен вид в перспективе устройства витрификации 1601. Устройство витрификации 1601 имеет удлиненную форму с двумя концами. На одном конце, устройство 1601 имеет входную часть (не показана), которая способна обратимо соединяться с удаляемой крышкой 1603. В некоторых вариантах, входная часть 1610 является цилиндрической и может сцепляться с цилиндрическим полым пространством в крышке 1603. Устройство дополнительно включает рукояточную часть 1602 и крышку 1630 на второй конце. Устройство 1601 также включает, по крайней мере, одно обзорное окно 1605. Устройство витрификации имеет закрытую конфигурацию (показана на фиг. 16) и открытую конфигурацию (показана на фиг. 18-19). Переключение закрытой и открытой конфигураций достигается присоединением или отсоединением, соответственно, крышки 1603 от входной части 1610. В показанном варианте, крышка 1603 имеет множество ребер, образующих ручку для простого удерживания и обращения с крышкой 1603.
На фиг. 17 показан продольный вид в разрезе устройства витрификации 1601 в закрытой конфигурации с крышкой 1603, соединенной с входной частью 1610. В этой конфигурации, входной порт 1604 и, следовательно, камера для образца 1611 герметично закрыты стенкой крышки 1603. Устройство витрификации1601 в закрытой конфигурации может быть погружено в жидкость, не подвергая содержимое камеры для образца 1611 непосредственному воздействию жидкости, как описано выше.
Находясь в открытой конфигурации, входной порт 1604 сделан так, чтобы принимать образец и жидкие агенты для доставки в камеру для образца 1611. Входной порт 1604 имеет гидравлическое соединение с камерой для образца 1611, которая также имеет гидравлическое соединение с резервуаром для отходов 1612 через фильтрующий механизм, имеющий фильтр 1621. Обзорное окно 1605 расположено в области вокруг камеры для образца 1611. Отверстие 1607 расположено в рукояточной части 1602, диаметрально противоположно обзорному окну 1605.
На фиг. 18 показана входная часть 1610 и часть рукоятки 1602 устройства витрификации 1601. Устройство витрификации 1601 показано в открытой конфигурации (крышка 1603 удалена), так что открыт входной порт 1604. Входной порт 1604 содержит желобооразное углубление 1604a в стенке входной части 1610 и входной канал 1604b, который ведет в камеру для образца 1611. Углубление 1604a позволяет инструментам доставки образца, таким как микропипетка, легче достигать отверстия входного канала 1604b. Жидкие агенты, доставляемые через углубление 1604a, текут через входной канал 1604b непосредственно к образцу в камере для образца 1611.
Обзорное окно 1605 позволяет пользователю устройства осматривать и проверять состояние образца, расположенного в камере для образца 1611. В некоторых вариантах, обзорное окно 1605 может быть образовано отверстием в стенке так, сто открыта внешняя стенка камеры для образца 1611. В других вариантах, обзорное окно 1605 сделано из прозрачного материала так, чтобы пользователь мог легко смотреть через него для исследования состояния образца, расположенного в камере для образца 1611. В различных вариантах, обзорное окно 1605 могут быть сделано из того же или другого материала, что и другие части устройства 1601. Камера для образца 1611 заключена в прозрачный материал для обзора образца в камере. В некоторых вариантах, стенка камеры для образца 1611 имеет толщину менее 0,005 дюйма и, предпочтительно, менее или равно 0,002 дюйма, что позволяет образцу оттаивать с предпочтительной скоростью.
На фиг. 19 представлен вид в разрезе входной части 1610 и части рукоятки 1602, показанной на фиг. 18. На этом виде показано отверстие 1607, диаметрально противоположное обзорному окну 1605. Отверстие 1607 открывает пространство, окружающее камеру для образца 1611. При погружении входной части 1610 в жидкий азот, например, жидкий азот протекает через отверстие 1607 в непосредственную близость к камере для образца 1611. В некоторых вариантах, количество таких отверстий не ограничено одним. В различных вариантах, обзорное окно 1605 также служит как отверстие таким же образом. Предполагается, что в некоторых вариантах, имеющих, по крайней мере, два отверстия, возможно быстрое течение жидкого азота в непосредственной близости к области образца и, таким образом, быстрая витрификация образца, поскольку воздух, находящийся в пространстве вокруг камеры для образца 1611, может выходить через одно отверстие, в то время как жидкий азот входит через другое.
Пользователь может доставлять жидкий агент, такой как образец или растворы для приготовления или обработки образца, в камеру для образца 1611 через входной порт 1604, одновременно отслеживая содержимое и/или активность в камере для образца 1611 через обзорное окно 1605. Затем отходы собирают в резервуар для отходов 1612. В различных вариантах, устройство 1601 содержит механизм, такой как фильтрующий механизм, для удерживания образца, при этом пропуская отходы в резервуар для отходов 1612. Например, в этом варианте, фильтр 1621 отделяет камеру для образца 1611 от резервуара для отходов 1612.
Фильтр 1621 показан подробно в перспективном виде в разрезе на фиг. 20. В некоторых вариантах, фильтр 1621 селективно позволяет отходам течь в резервуар для отходов 1612, одновременно препятствуя прохождению образца. Например, в некоторых вариантах, фильтр 1621 содержит фильтрационный механизм, который разделяет отходы и образец на основе их соответствующих размеров. В некоторых вариантах, фильтрационный механизм позволяет проходить жидкому компоненту, но задерживает твердый компонент смеси. Таким образом, образец остается в камере для образца 1611. В некоторых вариантах, фильтр 1621 имеет поры, которые достаточно малы для блокировки прохождения твердого образца, такого как ооциты или эмбрионы. В различных вариантах, размер пор может варьироваться в зависимости от типа образцов. В некоторых вариантах, фильтр 1621 имеет множество пор, например, просверленных лазером отверстий в формованном литьем компоненте. Размер, количество и/или расположение пор выбирают так, чтобы способствовать капиллярному действию (описано ниже). В некоторых вариантах, фильтр 1621 включает 7×9 решетку пор, имеющих диаметр приблизительно 0,002 дюйма с расстоянием 0,003 между центрами пор. В других вариантах, фильтр 1621 может иметь разное количество пор в решетке, поры разного диаметра и/или разное расстояние между порами.
В других вариантах, фильтр 1621 сделан из фильтрационного материала. Подходящие фильтрационные материалы, которые могут применяться в соответствии с данным изобретением, включают, но не ограничены ими, спеченные полиэтиленовые шарики, полимерное сито и волокнистую бумагу. В некоторых вариантах, фильтрационный материал предотвращает прилипание образца к фильтру 1621.
Устройство витрификации 1601 имеет размер и конфигурацию, позволяющие пропускать жидкость из входного порта 1604 через фильтрующий механизм и в резервуар для отходов 1612 посредством капиллярного действия. Таким образом, образцы жидкости текут из входного порта 1604 через камеру для образца 1611 и в резервуар для отходов 1612 без помощи, или даже вопреки внешним силам. В некоторых вариантах, небольшой проход ведет от входного порта 1604 через камеру для образца 1611, поры в фильтре 1621 и/или резервуар для отходов 1612, образуя жидкостные микроканалы, тем самым обеспечивая силу капиллярного затекания для движения жидких отходов из камеры для образца 1611 в направлении фильтра 1621. Капиллярное действие инициируется, когда первый раствор вводят через входной порт 1604 с гидравлической силой, такой как применение пипетки. Жидкость проталкивают через камеру для образца 1611, затем через поры фильтра 1621 и в резервуар для отходов 1612. Присутствие жидкости в резервуаре для отходов 1612 в сочетании с жидкостными микроканалами определенного размера по всему устройству создает силу, достаточную для продвижения следующих жидкостей через устройство 1621 с помощью капиллярного действия. Дополнительно, в некоторых вариантах, фильтр 1621 сделан из абсорбирующего материала, такого как губка, фильтровальная бумага или сито, который при увлажнении также создает силу капиллярного затекания, которая способствует удалению жидких отходов из камеры для образца 1611. В некоторых вариантах, как только жидкость протекает через материал и увлажняет отверстия, начинается капиллярное действие, и сила капиллярного затекания помогает перемещать жидкость и/или последующие дополнительные жидкости через материал даже без гидравлического давления.
Жидкие отходы собирают в резервуар для отходов 1612, который содержится в рукояточной части 1602. В некоторых вариантах, резервуар для отходов имеет размер и конфигурацию, позволяющие удерживать все жидкие отходы, применяемые во время предварительной обработки и получения образца для витрификации, так, что резервуар для отходов 1612 не достигает максимальной емкости, нет необходимости его опорожнять. Резервуар для отходов 1612 имеет крышку 1630 на конце, противоположном входной части 1610, как показано на фиг. 21, которая позволяет вентилировать резервуар при попадании жидкости из камеры для образца 1611. Более того, крышка 1630 помогает сохранять положение резервуара для отходов 1612 в осевой линии устройства 1601 для получения равного клиренса вокруг резервуара для отходов 1612, чтобы жидкий азот (для замораживания) и теплая вода (для оттаивания) могли проходить вокруг резервуара для отходов 1612. В некоторых вариантах, крышка 1630 обеспечивает уникальный идентификатор цвета для пользователя, будучи отлитой во множестве цветов; уникальных для разных размеров, применений и т.д. устройства 1621.
Устройство 1621 дополнительно сконфигурировано так, чтобы герметично закрывать камеру для образца 1611 для погружения в жидкий азот. В частности, крышка 1603 герметично закрывает входную часть 1610 устройства 1621, и другой конец герметично закрыт замороженным раствором в резервуаре для отходов 1612, который действует как заглушка.
На фиг. 22A-22D изображены альтернативные варианты входной части 1610 устройства витрификации 1601. Как показано на этих чертежах, входная часть 1610 включает входной порт 1604, имеющий различные конструктивные особенности для предотвращения или ограничения прохождения воздушных пузырьков в камеру для образца 1611 во время замораживания или оттаивания образца. Когда крышку 1603 помещают на устройство 1621 после введения растворов, пузырьки образуются под крышкой 1603 при опускании уровня жидкости ниже верхней части входного порта 1604. В результате, пузырьки проталкиваются к отверстию входного канала 1604b. Воздушный пузырек может повредить образец в камере для образца 1611, поэтому особенности на фиг. 22A-22D способствуют ограничению потенциального повреждения образца.
На фиг. 22A, входной порт 1604 имеет отверстие во входной канал 1604b, отделенное от конца входного углубления 1604a приподнятой частью 1622. Если крышка (не показана) помещена на входную часть 1610, любой образовавшийся пузырек остается выше входного канала 1604b в верхней части приподнятой части 1622. После замораживания, сокращение замороженной жидкости не сможет засосать пузырек в камеру. Поэтому, после оттаивания, камера остается без пузырьков.
На фиг. 22B, входной порт 1604 включает части на разной высоте по отношению к отверстию входного канала 1604b. Вторая углубленная часть 1624 находится ниже углубления входного порта 1604a, но выше относительно отверстия входного канала 1604b. Таким образом, уровень жидкости остается выше второй углубленной части 1624 (и выше отверстия входного канала 1604b) с меньшим количеством жидкости. Рампа, разделяющая углубление входного порта 1604a и второе углубление 1624, помогает сохранять уровень жидкости выше отверстия входного канала 1604b. Таким образом, процесс оттаивания может проходить быстрее, чем если бы глубина всего углубления 1604a была одинаковой, требуя большего количества жидкости для оттаивания. Оттаивание займет больше времени, что подвергает риску жизнеспособность образца.
Что касается фиг. 22C-22D, углубление входного порт 1604a включает узкую часть 1626. Пузырек, который имеет ширину углубления порта 1604a, не может проскользнуть через узкую часть 1626. Поэтому пузырек держится подальше от отверстия входного канала 1604b. Более того, на фиг. 22C, входное углубление 1604a наклонено, что позволяет применять минимальное количество жидкости, присутствующей в углублении 1604a, при этом гарантируя, что уровень жидкости не падает слишком низко (т.е. остается выше отверстия входного канала 1604b). Меньшее количество жидкости для оттаивания позволяет теплому раствору быстрее достигать образца, что способствует жизнеспособности образца.
На фиг. 22D, имеется впадина 1628 во входном углублении 1604a. Впадина 1628 обеспечивает проход для жидкости, который позволяет течь, даже если имеется пузырек, уловленный рядом с отверстием входного канала 1604b после оттаивания. Полагают, что впадина 1628 всегда заполнена жидкостью. Поэтому, благодаря проходу для протекания жидкости, даже если образуются пузырьки, все еще возможно движение жидкости, которое очень важно во время оттаивания образца. Если пузырек становится препятствием для потока, жизнеспособность образца будет затруднена.
В некоторых вариантах, по крайней мере, входная часть и крышка устройства сделаны из материала, устойчивого к жидкому азоту. В некоторых вариантах, материал является теплопроводным так, чтобы были возможны витрификация и оттаивание образца. Примеры материалов, которые могут применяться в соответствии с данным изобретением, включают, но не ограничены ими, материал на основе акрила, материал на основе полипропилена, материал на основе поликарбоната и материал на основе сложного сополиэфира.
Устройства витрификации, описанные выше, в соответствии с различными описанными вариантами, имеют общие характеристики и работают по одним принципам, и подобные ссылочные цифры относятся к подобным элементам. Следует понимать, что некоторые компоненты или детали могут быть опущены в описаниях определенных вариантов, но аналогичные элементы могут выполнять те же функции или включать в себя те же функции, что и описанные выше в связи с другими вариантами устройств витрификации.
ЭКВИВАЛЕНТЫ
Настоящая технология не должна быть ограничена конкретными вариантами осуществления, описанными в этой заявке, которые являются отдельными иллюстрациями отдельных аспектов настоящей технологии. Многие модификации и вариации этой технологии могут быть сделаны без отклонения от ее сущности и объема, как будет очевидно для специалистов в данной области техники. Функционально эквивалентные способы и аппараты в объеме настоящей технологии, в дополнение к тем, которые перечислены здесь, будут очевидны для специалистов в данной области техники из приведенных выше описаний. Такие модификации и варианты включены в объем настоящей технологии. Следует понимать, что данная технология не ограничивается конкретными способами, реагентами, составами соединений или биологическими системами, которые, конечно, могут варьироваться. Также следует понимать, что используемая здесь терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не является ограничивающей.
Как будет понятно специалисту в данной области техники, для любых и всех целей, особенно с точки зрения предоставления письменного описания, все раскрытые здесь интервалы также охватывают любые и все возможные подинтервалы и сочетания подинтервалов. Любой из перечисленных интервалов может быть легко распознан как достаточно описывающий и позволяющий разбить один и тот же интервал на, по крайней мере, равные половины, трети, четверти, пятые, десятые и т. д. В качестве неограничивающего примера каждый описанный здесь интервал может быть легко разбит на нижнюю треть, среднюю треть и верхнюю треть и т.д. Как будет понятно специалисту в данной области техники, все выражения, такие как «вплоть до», «по крайней мере», «больше чем», “меньше чем” и подобные, включают перечисленное количество и относятся к интервалам, которые впоследствии могут быть разбиты на подинтервалы, как обсуждалось выше. Наконец, как будет понятно специалисту в данной области техники, интервал включает в себя каждый отдельный элемент.
Все числовые обозначения, например, pH, температура, время, концентрация, количества и молекулярная масса, включая интервалы, являются приблизительными значениями, которые варьируются (+) или (-) на 10%, 1% или 0,1%, в зависимости от ситуации. Следует понимать, хотя и не всегда явно указано, что всем числовым обозначениям может предшествовать термин «около». Следует также понимать, хотя и не всегда явно указано, что реагенты, описанные здесь, являются просто примерами, и что их эквиваленты известны в данной области.
Реферат
Изобретение относится к биотехнологии и представляет собой устройство витрификации (1601), содержащее: входную часть (1610) с входным портом (1604); камеру для образца (1611); резервуар для отходов (1612) с гидравлическим соединением с камерой для образца (1611) и фильтрующий механизм, который селективно позволяет жидкости, введенной через входной порт (1604), проходить через камеру для образца (1611) и в резервуар для отходов (1612), удерживая образец в камере для образца (1611); крышку (1603), обратимо присоединяемую к входной части (1610) для закрывания входного порта (1604); где камера для образца (1611), резервуар для отходов (1612) и фильтрующий механизм имеют конфигурацию, позволяющую пропускать жидкость из камеры для образца через фильтрующий механизм и в резервуар для отходов (1612) посредством капиллярного действия. Изобретение также касается способа получения образца с использованием устройства витрификации (1601). Изобретение позволяет обеспечить витрификацию биологических образцов со значительно пониженными рисками повреждения образца и человеческой ошибки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 22 ил.
