用于将冷冻样品等分的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体而言涉及用于从冷冻生物样品采取冷冻等分试样的装置和方法， 同时保持样品的完整性，并且更具体而言涉及用于确保取自冷冻样品的冷冻等分试样 (aliquot)是适于进行分析的材料的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 通常保存生物样品以支持广泛的各种生物医学和生物学研宄，所述研宄包括但不 限于转化研宄、分子医学、生物标志物发现。生物样品包括是动物（包括人类）、植物、原生 动物、真菌、细菌、病毒或其他生物来源的样品的任意样品。例如，生物样品包括但不限于有 机体和/或分离自所述有机体或由所述有机体排泄出的生物体液，如血浆、血清、尿、全血、 脐带血、其他基于血液的衍生物、脑脊髓液、粘液（来自呼吸道、颈椎）、腹水、唾液、羊水、精 液、泪液、汗液、来自植物（包括sap)的任何流体；细胞（例如动物、植物、原生动物、真菌 或细菌细胞，包括血沉棕黄层细胞；细胞裂解物、匀浆或悬浮液；微粒体；细胞器（例如线粒 体）；核酸（例如RNA、DNA)，包括染色体DNA、线粒体DNA和质粒（例如种子质粒）；处于悬浮 液或溶液中的小分子化合物（例如DMSO中小分子化合物）；和其他基于流体的生物样品。 生物样品还可以包括植物、植物的部分（例如种子）和组织（例如肌肉、脂肪、皮肤等），包 括健康的组织和患病的组织（例如肿瘤）。
[0003] 生物库通常将这些有价值的样品储存在容器（例如试管、小瓶等）中，并将它们冻 存（例如，在使用液氮或液氮上方的蒸气相的在-80°c或更低温度的冰柜中）以将所述冷冻 样品的生化组成和完整性尽可能接近于体内的状态保存，从而便于进行样品的精确、可重 复性分析。
[0004] 不时地，可能需要在已冷冻的样品上实施一个或多个测试。例如，研宄人员可能希 望在一组具有特定特征的样品上进行测试。一个特定的样品可能包括足以支持多个不同测 试的材料。为了节省资源，被称为等分试样的较小的样品通常取自较大的冻存样品（其有 时被称为母体样品），以用在一个或多个测试中，从而使得所述母体样品的剩余部分将可用 于一个或多个不同的将来的测试。
[0005] 生物库已经采取了不同的途径来解决这个问题需要提供样品等分试样。一种选择 是冷冻大体积的样品，当需要等分试样时解冻，然后重新冷冻样品的剩余部分，从而以冻存 状态储存，直到将来需要等分试样。这种选择有效地利用了冷冻贮藏空间；但这种效率是 以样品质量作为代价。将样品反复地暴露于冷冻/解冻循环中会降低样品的临界生物分子 (例如RNA)并损伤生物标志物，其中的任何一个可能危及使用从受损的样品获得的数据的 任何研宄的结果。
[0006] 另一种选择是冷冻大体积的样品，当需要等分试样时解冻，将母体样品的剩余部 分再分成小体积，以制得另外的等分试样用于将来的测试，然后重新冷冻这些更小体积的 等分试样，以分别冻存每个等分试样，直到需要用于将来的测试。该方法限制了样品被暴露 于的冷冻/解冻循环的次数，但也增加了与更大体积的冷冻贮藏空间相关的费用、维持冻 存的等分试样必需的劳动力和样品容器（例如试管、小瓶等）的更大库存量（inventory)。 此外，通过即使是有限次数的冷冻/解冻循环，所述等分试样也能够被降解或损坏。
[0007] 另一种方法是在将所述样品首次冷冻之前将大体积的样品划分为较小体积的等 分试样。这种方法可以将冻融循环的次数限制到其中样品可能仅经历一次循环；然而，使用 这种方法存在与劳动成本、冷冻贮藏空间和样品容器库存量要求相关的缺点。
[0008] 当使用上述方法中的任一种进行等分时，用于制得等分试样的采样装置必须在再 次被用于另一个样品上之前被彻底地清洗。在某些情况下，在清洗过程中可能不能将样品 的所有痕迹除去（例如，由于人为失误，如未能为正确的清洗液提供清洁站等）。样品的污 染对样品的生存力和完整性产生负面影响。在其他情况下，当需要高水平的清洁度时，用户 可能希望针对每个样品使用新的采样装置。例如，某些应用（例如，基于细胞的材料研宄、 法医分析等）需要使用基本不含核苷酸、核酸（例如DNA和RNA)、核酸酶（例如DNA酶和 RNA酶）和任何其他能够降解或污染生物样品的酶或生物分子的装置。其他应用可能需要 无菌的工作环境或装置。尽管可以将采样装置充分地清洁以实现作为可靠的工作流程的一 部分的这些高水平的清洁度，但是如果这样的采样装置是未重复使用的，一些用户可能感 觉更可信。
[0009] 美国专利第8, 448, 456号（其内容通过引用并入本文）公开了一种用于从冷冻生 物样品提取冷冻样品芯而不对原始的（母体）样品解冻的系统。该系统使用包括中空取芯 钻头的钻机，以从原始的母体样品采取冷冻芯样品，而不对母体样品解冻。来自母体样品的 一个或多个冷冻芯样品，这取决于特定的测试所需的样品的量，可以构成用于该测试的等 分试样。从母体样品获得等分试样之后，使所述样品的剩余部分回到其原始容器中的冷冻 贮藏，直到需要来自所述母体样品的另一等分试样用于将来的测试。
[0010] 美国申请序列第13/359,301号（其内容通过引用并入本文）公开了一种机器人 端部执行器，用于从多个容器中的一系列冷冻样品采集冷冻等分试样。所述末端执行器采 用中空取芯钻头，以从原始的母体样品采取冷冻样品芯，而不对母体样品解冻。液位检测系 统检测所述冷冻样品的表面的位置，以确定是否已从特定的冷冻样品采取到足够量的冷冻 样品芯，从而从所述冷冻样品获得预定量的材料。
[0011] ?(^申请第？(：17^52011/61214号和美国临时申请第61/418,688号（其内容通过 引用并入本文）公开了一种使用取芯装置获得冷冻样品的等分试样的方法。取芯的位置被 选择成在一径向位置处，在该位置处的冷冻样品芯中的感兴趣的物质的浓度代表了母体样 品中的该物质的整体浓度。
[0012] 美国临时申请第61/640, 662号和美国申请序列第13/489, 234号（其内容通过引 用并入本文）公开了一种用于与用于获得冷冻样品芯的系统一起使用的机械视觉系统。所 述机械视觉系统包括照相机和接收来自照相机的图像数据的处理器，以确定已从冷冻生物 样品采取到的冷冻样品芯的位置。
[0013] 在病理学和生物医学研宄中，组织样品经常被储存并取样。通常，将组织样品进行 福尔马林固定，并将组织样品包埋在石蜡或最佳切割温度复合物（OCT)中。所述被包埋的 组织被固定于载玻片切片装置，例如超薄切片机（microtome)或低温切片机（cryotome)， 并且从所述样品的顶部切出所述组织的薄切片。于载玻片上对所述薄切片进行评估，并鉴 定出（例如，使用标记装置以圈出感兴趣的区域）所述样品的感兴趣的区域（例如肿瘤）。 然后将载玻片与所述组织样品的剩余部分对齐，以在所述剩余组织上确定感兴趣的区域。 然后将组织样品转移到处理区域或采样区域或装置，并从感兴趣的区域采取样品，典型地 通过使用手术刀将样品切割成碎片，并从感兴趣的区域中提取出组织的一部分。用福尔马 林固定包埋的组织的一个问题是生物标志物降解以及组织的研宄质量受到固定过程的负 面影响。因此，使用冷冻组织最好在被固定的材料的上方。然而，冷冻组织样品通常被储 存在各种容器中，并采用需要对样品解冻以从感兴趣的区域获得组织的部分的方法进行处 理。仍必须将冷冻的组织样品切片用于载玻片，然后被转移至采样装置。用于储存组织样 品的各种容器，以及为确定感兴趣的区域和对组织样品采样所需的多个装置和固定装置使 得该过程复杂化。
[0014] 本申请的发明人已经开发出将在下文描述的系统和方法，其通过使用从冷冻生物 样品提取冷冻样品芯而不对原始（母体）样品解冻的系统改善了提供来自冷冻生物样品的 冷冻等分试样的能力（例如，冷冻流体和/或冷冻的组织样品）。此外，本申请的发明人已 经开发出降低冷冻组织样品取样的复杂性以及通过将冷冻组织样品安装于能够与载玻片 切片装置以及冷冻组织取样装置一起使用的组织样品容器中产生均匀的处理的系统和方 法。
【发明内容】
[0015] 本发明的一个方面是用于从冷冻生物样品采集冷冻等分试样的一次性取芯探头。 所述一次性取芯探头包括用于从冷冻生物样品采取冷冻样品芯的中空取芯钻头。喷射器适 于从所述中空取芯钻头喷射出通过所述中空取芯钻头采取的冷冻样品芯。喷射器可以从缩 回位置移动至延伸位置，并且当所述取芯钻头从所述缩回位置移动至所述延伸位置时，所 述喷射器是可操作的，以将冷冻样品芯推出所述取芯钻头。锁定机构适于防止所述取芯探 头的重复使用。
[0016] 本发明的另一个方面是一种用于从冷冻生物样品采集冷冻等分的取芯探头。所述 取芯探头包括用于从冷冻生物样品采取冷冻样品芯的中空取芯钻头。喷射器适于从所述中 空取芯钻头喷射出通过所述中空取芯钻头采取的冷冻样品芯。喷射器可以从缩回位置移动 至延伸位置，并且当所述取芯钻头从所述缩回位置移动至所述延伸位置时，所述喷射器是 可操作的，以将冷冻样品芯推出所述取芯钻头。联接器（coupling)适于将所述中空取芯钻 头可释放地连接至取芯装置。所述联接器附着于所述取芯钻头，并适于在所述取芯钻头从 所述取芯装置断开连接后保持附着于所述取芯钻头。
[0017] 本发明的又另一个方面是一种从冷冻样品采取冷冻样品芯的方法。所述方法包括 将取芯钻头插入所述冷冻样品以获得所述冷冻样品芯。使喷射器从缩回位置移动至延伸位 置，以从所述取芯钻头喷射出所述冷冻样品芯。使所述取芯钻头不可用，以防止所述取芯钻 头的重复使用。
[0018] 在从冷冻样品采取冷冻样品芯的另一种方法中，将中空取芯钻头插入所述冷冻样 品，以获得所述冷冻样品芯。使喷射器从缩回位置移动至延伸位置，以从所述取芯钻头喷射 出所述冷冻样品芯。将所述喷射器锁定在延伸位置中，以防止所述取芯钻头的重复使用。
[0019] 本发明的另一个方面是一种用于从冷冻生物样品采集冷冻等分试样的手持式取 芯装置。所述手持式取芯装置包括马达和被连接至所述马达的一次性取芯探头，从而将来 自所述马达的旋转运动和扭矩传送至所述一次性取芯探头。所述一次性取芯探头被构造成 在所述一次性取芯探头已被用于从冷冻生物样品采集冷冻样品芯后防止所述一次性取芯 探头的重新使用。所述一次性取芯探头选择性地与所述马达是可拆分的。
[0020] 本发明的又另一个方面是一种适于与用于从冷冻生物样品采取冷冻样品芯的手 持式取芯装置一起使用的托盘。
[0021] 本发明的再另一个方面是一种用于从冷冻生物样品采取冷冻样品芯的一次性取 芯探头，其通过将所述一次性取芯探头插入所述冷冻生物样品、随后从所述冷冻生物样品 撤回所述一次性取芯探头来采取冷冻样品芯。所述一次性取芯探头被构造成在已经使用它 从冷冻生物样品采集冷冻样品芯后防止所述一次性取芯探头的重复使用。
[0022] 本发明的又另一个方面是一种用于从冷冻生物样品采取冷冻样品芯的一次性取 芯探头，其通过将所述一次性取芯探头插入所述冷冻生物样品、随后从所述冷冻生物样品 撤回所述一次性取芯探头来采取冷冻样品芯。所述一次性取芯探头包括使所述一次性取芯 探头在一次使用后不可用的机构，从而使得所述一次性取芯探头在所述一次使用后不再适 合于从冷冻生物样品采取另一个冷冻样品芯。
[0023] 在本发明的另一个方面中，采用一种用于从冷冻生物样品采取冷冻样品芯的一次 性取芯探头，其通过将所述一次性取芯探头插入所述冷冻生物样品、随后从所述冷冻生物 样品中撤回所述一次性取芯探头来采取冷冻样品芯，从而使得使用所述一次性取芯探头采 取单个冷冻样品芯自动地使所述一次性取芯探头不可用。
[0024] 本发明的另一个方面是一种增加操作者仅使用不含核苷酸、核酸和核酸酶的取芯 探头以从多个不同的冷冻生物样品获得多个冷冻样品芯的可能性的方法。所述方法包括提 供操作者多个不含核苷酸、核酸和核酸酶的取芯探头，所述取芯探头被构造成使得使用每 个取芯探头提取单个冷冻样品芯将所述每个取芯探头转换为不可用的构造，在所述不可用 的构造中，所述取芯探头是不可用于操作从任意冷冻生物样品中提取冷冻样品芯的。
[0025] 本发明的再另一个方面是一种用于从被包括在冷冻样品容器中的冷冻生物样品 采集冷冻等分试样的系统。所述系统包括手持式取芯装置，所述手持式取芯装置包括马 达和被连接至马达的取芯探头，从而将来自所述马达的旋转运动和扭矩传送至所述取芯探 头。所述系统还包括适于设置在所述冷冻样品容器顶部的定位引导器。所述定位引导器具 有穿过其延伸的适于将所述取芯探头引入所述冷冻样品容器中的开口。
[0026] 本发明的另一个方面是一种用于保持冷冻组织样品的组织样品容器。所述容器包 括具有一高度的底座和盖子。所述盖子选择性地与所述底座接合，当所述组织样品被保存 在冷冻贮藏中时，所述盖子用于将被固定于所述底座的组织样品封闭在所述容器中。所述 盖子具有比所述底座的高度更大的高度。所述容器包括在所述底座上的适于将所述底座安 装于载玻片切片装置的联接器，从而当所述组织样品被固定于所述底座时能够将所述组织 样品切片。
[0027] 本发明的又另一个方面是一种用于制备用于冷冻贮藏的组织样品的试剂盒。所述 试剂盒包括容器。所述容器包括具有一高度的底座以及具有一比所述底座的高度更大的高 度的盖子。所述盖子选择性地相对于所述底座移动以覆盖和暴露被接纳于所述底座中的组 织样品。所述试剂盒还包括牺牲材料，所述牺牲材料能够被放置于所述底座中以在所述底 座的底部上方的位置处支撑组织样品。所述试剂盒包括说明书，所述说明书指示用户将组 织样品置于所述牺牲材料上，将所述盖子置于所述底座上，以将所述组织样品封闭在所述 容器中以及将所述组织样品和所述容器置于冷冻贮藏中。
[0028] 本发明的再另一个方面是一种将组织样品安装于组织样品容器中的方法。所述方 法包括将牺牲材料层置于所述组织样品容器的底部中。将所述组织样品置于所述牺牲材 料的顶表面上，从而使得所述组织样品在所述容器的底部上方的位置处被所述牺牲材料支 撑。在所述容器中冷冻所述组织样品。
[0029] 本发明的另一个方面是一种在组织样品容器中制备和采样组织样品的方法。所述 方法包括将所述组织样品安装于所述组织样品容器中。将所述组织样品容器和组织样品储 存在冷冻贮藏中。当所述样品保留在所述组织样品容器中时，从所述冷冻组织样品提取冷 冻样品芯。
[0030] 本发明的又另一个方面是一种用于储存冷冻组织样品系统。所述系统包括容器， 所述容器包括底座和选择性地可与所述基座接合的盖子，用以打开和封闭所述容器。所述 系统包括尺寸被制成并被塑形成被封闭在所述容器内的组织托架（tissue carriage)。所 述组织托架具有用于支撑冷冻组织样品的支撑表面。
[0031] 本发明的再另一个方面是一种当使用低温切片机将冷冻组织样品切片时用于支 撑所述低温切片机上的所述冷冻组织样品的组织托架。所述组织托架包括用于支撑所述冷 冻组织样品的支撑表面以及从所述支撑表面的周边向上延伸的外周侧壁。所述组织托架包 括联接器，所述联接器适于当使用所述低温切片机将所述冷冻组织样品切片时将所述组织 托架连接至所述低温切片机并使所述支撑表面保持静止。
[0032] 本发明的另一个方面是一种当使用低温切片机将冷冻组织样品切片时用于支撑 所述低温切片机上的所述冷冻组织样品的组织托架。所述组织托架包括用于支撑所述冷冻 组织样品的支撑表面以及从所述支撑表面的周边向上延伸的外周侧壁。所述组织托架包括 与所述支撑表面相对的下表面。所述下表面具有设置在其上的肋条以加固所述支撑表面。
[0033] 本发明的又另一个方面是一种储存组织样品的方法。所述方法包括将所述组织固 定于组织托架。将所述组织封闭在容器中。当所述组织被包括在所述容器中时，将所述容 器置于冷冻贮藏中。
[0034] 其他的目的和特征将部分地是显而易见的并将部分地在下文中指出。
【附图说明】
[0035] 图1是用于从冷冻生物样品采取冷冻等分试样的手持式系统的一个实施方案的 示意性立体图；
[0036] 图2是包括从冷冻生物样品采取冷冻等分试样的一次性取芯探头的手持式取芯 装置的部分截面的正视图；
[0037] 图3是一次性取芯探头的一个实施方案的正视图；
[0038] 图4A是所述一次性取芯探头和所述手持式取芯装置之间的联接器的第一实施方 案的不意图；
[0039] 图4B是所述一次性取芯探头和所述手持式取芯装置之间的联接器的第二实施方 案的示意图，示出了在第一位置中的联接器；
[0040] 图4C是图4B的第二实施方案的示意图，示出了在第二位置中的联接器；
[0041] 图4D是所述一次性取芯探头和所述手持式取芯装置之间的联接器的第三实施方 案的不意图；
[0042] 图5是与所述手持式取芯装置一起使用的定位引导器的一个实施方案的俯视平 面图；
[0043] 图6是安装在容器顶部的定位引导器的横截面图；
[0044]图7A是所述一次性取芯探头的远端的横截面图，示出了冷冻样品芯保持系统的 第一实施方案；
[0045] 图7B是所述一次性取芯探头的远端的横截面图，示出了冷冻样品芯保持系统的 第二实施方案；
[0046] 图7C是所述一次性取芯探头的远端的横截面图，示出了冷冻样品芯保持系统的 第三实施方案；
[0047] 图8是示出了在所述一次性取芯探头的近端处的锁定机构的一个实施方案的局 部横截面图；
[0048] 图9是与手持式取芯装置一起使用的托盘的一个实施方案的立体图；
[0049] 图10是用于从冷冻样品采取冷冻样品芯的系统的一个实施方案的立体图；
[0050] 图11是图10所示的系统的一部分的俯视平面图；
[0051] 图12是取自含有图11上的线12-12的平面中的所述系统的横截面图；
[0052] 图13是所述系统的侧视图；
[0053] 图14是类似于图13的侧视图，示出了已移动至非保持构造之后的取芯钻头保持 系统；
[0054] 图15是所述系统的一部分的立体图，包括心轴（spindle)和取芯钻头保持系统， 示出了取自含有图11上的线12-12的平面中的横截面图；
[0055] 图16至图18是以取自含有图11上的线12-12的平面中的横截面形式示出的取 芯钻头保持系统的侧视图；
[0056] 图19是所述一次性取芯探头的另一实施方案的立体图；
[0057] 图20是以横截面形式示出的图19中所示的一次性取芯探头的侧视图；
[0058] 图21是一次性取芯探头已经使用后的侧视图；
[0059] 图22是一次性取芯探头已经使用后的立体图；
[0060] 图23是组织样品容器的分解式立体图；
[0061] 图24A是示出了所述组织样品容器的底座的第一实施方案的横截面图；
[0062] 图24B是示出了所述组织样品容器的底座的第二实施方案的横截面图；
[0063] 图25A是容器支架（mount)的第一实施方案的立体图；
[0064] 图25B是容器支架的第二实施方案的立体图；
[0065] 图26A是具有集成支架的组织样品容器的第一实施方案的立体图；
[0066] 图26