专利名称：细胞组织熟化和运输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种系统和方法，用于在体外培养细胞、卵母细胞、胚胎、 成熟卵子或其它细胞结构。本发明还涉及用于运输细胞、卵子、胚胎、卵母 细胞或其它细胞结构或实体的装置。
背景技术：
已知各种用于在体外使卵子成熟和培养胚胎的装置和方法。在标准规程 中，这些过程用常规装置完成，这些常规装置是诸如用于处理卵子或胚胎的 吸液管、和含有卵子或胚胎和成熟或培养基的陪替氏培养皿。卵子和胚胎通 常在培养器中在受控温度和气体环境的条件下培养。它们可以单独或成组培 养，特别对卵子而言，可以在其它细胞，例如卵丘细胞的存在下培养。熟化
(maturing )或培养(culturing)通常在陪替氏培养皿中的培养基微滴中进行， 培养基被惰性油覆盖，培养皿具有气体入口与培养器中的环境相通。在一些 常规的熟化或培养过程中，卵子和胚胎包含于其中的培养基环境的体积是重 要的——在一些方法中有证据表明如果若干卵子或胚胎同时存在于一个小 体积的培养基中，熟化和培养更成功。这种自分泌效果被认为是由于第一个 卵子或胚胎影响第二个的发展产生的痕量化学物质。然而，在特定情况下， 其同样有利于追踪个体卵子或胚胎的一致性，而传统装置通常不能使胚胎或 卵子保持分隔同时允许其间的化学物质交换。Vajta等人公开于WO 0 102 539中的孔格中孔格(WOW)法使这些能实现，但是不能关闭孔格以防止胚胎 离开，因此不适用于可运输的装置中。
培养基通常緩冲以防止pH变化；此緩沖液可以基于碳酸氢盐/C02，在 此情况下外部气体环境中C02的分压是重要的，其可以全部或部分基于其它 緩冲体系，如HEPES ，在此情况下气体环境可以不4艮严密受控或在某些情 况下完全不受控。在熟化或培养期间，培养基可以为标称的恒定成分，或可 以改变为更新的相同标称成分的培养基，或改变培养基环境的新培养基使例
如能够辅助和控制熟化或培养的过程。特别的，在培养胚胎的特定方法中， 公知的有利的是初始在无血清培养基中培养胚胎，而后变为在含血清(通常
为胎牛血清，FCS)的培养基中培养胚胎。在卵子熟化的情况下，公知的是
熟化过程可以通过添加种于熟化培养基中或通过用新培养基替换原培养基 的方法将其从中移去而受控。如果卵子或胚胎在熟化或培养过程期间被运 输，例如从卵子获得的或胚胎产生的位置，和卵子可使用的或胚胎植入的第 二位置，这可以是特别有利的。通常培养基通过用吸液器将卵子或胚胎从一
个培养基移至另 一个培养基来改变，例如在普通培养jm中从一个微滴移至另
一个。这些使用简单装置但是有若干缺点卵子和胚胎是脆弱的，并会被吸 液器破坏； 一定量的培养基必须从一个培养基环境移至另一个，特别在微滴 的d、体积时是重要的，这会使从旧培养基中以很低浓度起作用的物质移至新 培养基成为可能，除非随后的洗涤步骤得到应用；转移过程缓慢，需要熟练 人员；和转移不能远距离实施，因此不能在运输或离开完全装备的实验室装
置下实施。
作为参考，在随后的说明书中，培养胚胎将作为装置功能和方法说明的 一个实例。许多方法同样可以应用于卵子熟化和细胞或其它细胞组织 (cellular entities )培养，对本领域的技术人员而言，如何做出这种应用将是 显而易见的，通过适当选择不同大小的胚胎、卵子和细胞的尺度。因此术语 熟化和培养，以及卵子和胚胎和细胞，在下面和全部作为对象方便提及之处 可以替换应用。本发明应用于卵子熟化或胚胎培养之处的特性，这将会被注 意。
已提出大量装置和方法来减轻传统工艺中这样和其它的问题。 Beebe等人在US 6 193 647， US 6 695 765中已提出一个大约胚胎大小的 微通道体系，胚胎居于其中，通过沿通道的流动胚胎被带入位于微通道中的 一个压缩通道中，流动使它们沿通道接触一个通道壁滚动。此装置达成胚胎 培养基环境的精密控制，但是有缺点，其中，在相反方向其不配备抗培养基 流动的胚胎的正位置的装置，这趋于将胚胎从压缩通道中移出；其不配备培 养基与外界气体环境之间气体交换的现成装置，以及在追踪其一致性时不配 备在个体位置上大量胚胎储存的现成装置一一也就是，在US 6 193 647的装 置和方法中胚胎可能从一个保留位置移到另一个保留位置，因此丟失关于其 一致性的信息。使装置适用于运输的改变没有被公开，其中胚胎在重力或运动下移动的潜在问题将会发生。
Campbell等人在US 2002 0 068 358中已提出适于运输的胚胎培养装置， 其中胚胎保留在一个孔格中，孔格能够被关闭，以此方式胚胎被确定地保留， 且其具有培养基供给和流动产生装置，可使孔格中的培养基在远程或自动控 制下被替换。US 2002 0 068 358同时公开了装置来监控和/或控制培养基或 孔格中的参数，如温度、pH、和化学成分，尽管正确显示这是如何达成的装 置的详细资料并未公开。US 2002 0 068 358的装置和方法不适于在受控化学 环境中当保持追踪其一致性时运输大量胚胎——在一个普通孔格或多个普 通孔格中没有分割胚胎的装置；孔格被认为比胚胎大很多，因此对培养基环 境以及使第 一培养基完全替换为第二培养基的长时间和大量的培养基的控 制很弱；孔格的入口在长导管下或带入微通道中，不能容易地用传统吸液管 达到；设计不适用于传统显微镜方法。
Thompson等人在US 6 673 008中公开了 一种用于培养胚胎的方法和装 置，在其中胚胎在一个容器中的培养基里培养，从一个或多个储存器中为容 器提供培养基，以及为容器任意配备传感器用于感应例如温度、pH、溶解的 氧气、溶液中的离子或胚胎呼吸作用的代谢产物，使胚胎周围的培养基依照 培养基中的情况或在控制单元中储存的程序改变。在US 6 673 008公开的装 置包含装入大量溶液的大规模装置，发明中的容器是大体积的(10-50ml)， 因此需要一致大量的培养基以便将第一培养基替换为第二培养基。该装置不 是自给式的，因为它应用装置以外的单独的储存器和流动体系组件，而且不 适于运输。没有公开胚胎的气体(C02、空气)灌注进容器的装置，除了依 靠从储存器中重新富集气体的培养基。在一个特别的运输装置中，装置的尺 寸和因而胚胎周围的培养基体积是有利的小于在US 6 673 008中详细说明 的，因此优选使气体与胚胎周围的培养基平衡的装置。
Van den Steen等人在US 2004 0 234 940中公开了用于胚胎生长的微槽 装置，其允许培养基流过基于筛状组件的堆叠排列的槽，所述筛状组件保留 胚胎于单独的隔间里。胚胎被置于隔间中，而后筛状组件的堆叠被装配为环 绕胚胎。间隔被图例说明为近似胚胎大小，但是在US 2004 0 234 940中的图 例说明为纯粹示意性的，没有构造如此结构的装置被公开。没有公开允许装 置运输的盖或其它密封装置。
Vajta等人在WO 0 102 539中公开了 一种在位于更大孔格底部的一排小孔格中(已知的孔格中孔格法)培养胚胎的方法。这使胚胎独立处于普通培 养基中，但是不包括如果培养基或包含孔格的装置被扰乱而保留胚胎于原位 的装置。因此，其不适于运输胚胎离开实验室环境。同时，由于此方法基于 开放孔格，其依赖从培养器中的环境的气体交换和通过此环境加热。另外， 除了通过吸液器将培养基移入或移出更大的孔格外，没有公开其它改变组合 物的培养基的装置。
Vajta等人在US 6 399 375中公开了在毛细管状麦杆中运输卵子或胚月台， 为用于胚胎运输，麦杆具有任意密封端，在其中熟化或培养过程可在运输期 间发生，但是不允许在运输期间交换培养基。
胚胎或卵子的运输装置是公知的，例如由Cryologic Pty (澳大利亚) (www. cryoloqic. com, www. biogenics . com )制造的,其在超过数小日于或数 天期间的运输过程中保持恒温，但是其不能保持恒定的气体环境用于在内部 容器中的培养基的交换。内部容器是典型的小瓶、麦杆或毛细管形式，此外 在运输期间没有培养基交换的装置。
在US 2002 0 068 358、 US 6 673 008和US 2004 0 234 940中公开的在 先工艺的装置进一步的问题是其不适于小的或低纵横比的(例如麦杆)，因 此需要增大体积从而增加功率和隔热要求以容纳它们，以便在运输期间保持 它们的条件。这导致运输时间有限，因而内容物易受损害以至延误运输。另 外，目前商业可用的装置隔热不够良好，能通过加热，但不能通过冷却样品 保持温度，因此如果胚胎和卵子遇到长时间的高外界温度时，容易被损坏。
发明内容
下述术语"细胞组织(celluar entity )"、"对象"和"胚胎"可替换应用 为位于装置中和用于本发明的方法中的卵子、胚胎或其它细胞组织。根据被 容纳的对象的典型尺度确定装置相关部件的大小。除胚胎、卵子等的其它细 胞将更小，因而本发明的实施方案应用于这些相关部件的体现是确定大小。 根据本发明的第一方面，提供了一种权利要求l-23说明的装置。 根据本发明的第二方面，是一种权利要求24-35说明的装置。 依照本发明的第三方面，提供了 一种权利要求书36-38说明的运输模块。 本发明的装置、装置和模块，除了其它以外，在不需要常规操作人员干 涉下的可重复的和稳定的环境里允许细胞组织运输。
这里提及的关于流体在孔格间流动同时能涉及在其中化学物质种类/分 子的扩散。
在一个实施方案中，本发明提供了一种培养或熟化细胞组织的装置，此
装置包括 一个装置，所述装置包括带有一个或多个向底面开口的孔格的底 部， 一个用作关闭每个孔^f各防止细胞组织进出的盖，允许分子从装置提供的 气体运输至孔格中的培养基的渗透装置。
根据另 一个实施方案，本发明提供了 一种用于培养或熟化细胞组织的装 置，该装置包括 一个装置，所述装置包括带有多个向底面开口的孔格的底 部， 一个用作关闭每个孔格防止细胞组织进出的盖，用于孔格间化学传递的 装置，适应于细胞组织因此保留在其最初的孔格中，并防止了包含在相邻孔 格中的细胞组织间的物理接触。
根据另 一个实施方案，本发明提供了 一种用于培养或熟化细胞组织的装 置，该装置包括 一个装置，所述装置包括带有一个或多个向底面开口的孔 格的底部， 一个用作关闭每个孔格防止细胞组织进出的盖以及当盖在适当位 置时改变孔格中培养基的组合物的装置。
根据另一个实施方案，本发明通过一种培养和运输胚胎的体系，其包括 本发明的装置和与此装置协同操作的附件或运输模块，附件和模块包括一 个或多个为装置4是供流体的流体储存器、影响附件和装置间流体传递的流体 连接装置、影响或调节装置上流动的流动发生或控制装置、使装置作用的电 源和独立于外部电源的附件、控制装置和附件操作的控制装置，可选地使用 从与装置关联的传感器的输出。
表面优选平坦的或平面的。孔格优选形成二维排列以便于自动插入细胞 组织或显微观察。
优选装置安排为在孔格中给出胚胎的可见度，以通过底部，用倒置显微 镜，从上面，用标准显孩i镜，或两者来观察。 优选提供控制培孔格中培养基温度的装置。
优选提供一个或多个温度传感器用于测定装置本身或孔格中培养基的温度。
优选提供一个或多个传热装置以加热或冷却装置本身或孔格中培养基。 在一个实施方案中，装置的全部或部分由透气但不透液的材料，如 PDMS制成。PDMS具有高气溶性和低水溶液溶解性，因此能维持氧气和
C02充分运输穿过适当厚度的材料用于孔格中的细胞内容物新陈代谢。组件 的尺寸使其能以足够的运输速率通过大体积材料，从而维持孔格中细胞内容 物的呼吸作用。
在一个替代优选实施方案中，盖或底部用多孔疏水材料制成，其支持气 体运输但不允许水溶液进入孔隙。这种材料以若干形式存在，但是发现一种
特别适合的形式是多孔烧结聚丙烯，商标为"VYON"，由Porvair Ltd., Wrexham， UK提供。该材料在结构上是结实的和具有高气体运输系数。
在优选实施方案中，底部是薄的，当置于倒置显微镜上时给出良好的光 学特性，同时在孔格的内容物和底部的更低表面之间给出良好的热接触，因 此当装置置于加热或冷却表面上时允许内容物的精确温度控制。
优选盖和/或底部的至少部分表面是亲水的。
优选盖和/或底部的至少部分表面是疏水的。
优选提供一个控制释放装置，其用作释放物质进入孔格中。控制释放装 置可以是自主的，如长效的逐渐释;汰，或可控的，如用一个外部控制信号或 刺激。
优选在孔格相联的流动中提供一个或多个流体通道，通过通道培养基或 其气体可以流动。
优选提供一个材料供给用于将材料添加于孔格中的培养基，如此改变孔 格中培养基的化学组合物。
优选提供使孔格和气体供给之间的气体传递的装置，或者在立即围绕装 置的环境中或者通过进一步的流体通道供给。
优选在与渗透装置的流体传递中提供一个气体储存器，其位于装置上或 作为附件的流体流动体系的部件，渗透装置允许气体分子从气体储存器向装 置中的培养基运输。
优选在装置和环境之间提供隔热。
优选提供另 一个温度传感器用于测定附件或外部环境的温度，其输出被 控制装置记录或应用，例如控制传热装置或者附件或装置中的流动。
优选提供至少另一个传感器，例如溶解氧和/或pH传感器，其监控或者 在孔格中的培养基中或培养基在流体传递中的情况。
优选提供如下的一个或多个——记录体系传感器数据的数据记录装 置，如温度、pH、溶解氧或其它如上描述的与细胞组织所处的培养基中条件
相关的传感器；在体系中其它位置的传感器，如内部和外部温度传感器，其 测定体系的正确机能和其所处的环境情况；加速计和姿态感应器，其可以配 备用于探测运动或不适当的事件；传递装置，其允许附件和远程体系之间的 传递，如移动电话接口或无线数据接口； GPS位置监控装置；其共同能够作 为监控或控制附件和装置的操作、记录其位置并向远程站报告状况和位置信 息。
上述优选的特征可以被提供作为装置的部件或作为装置或附件的部件。 在另 一个实施方案中，本发明的运输体系进一步包括用于稳定装置和/ 或装置内温度的装置，包括
隔热外壳，其包括用于吸热元件如冷体的接收区， 保持一定温度的吸热元件，低于此温度下温度是稳定的， 在吸热元件和装置间的隔热区， 感应装置或其周围区域温度并为装置供热的装置， 控制响应传感器输入的装置的温度控制装置。
在一个优选实施方案中，吸热元件包括冷体，其包括在导入装置前可被 冷却的材料或元件。
在另一个实施方案中，吸热元件包括一个热交换器，其用作散热到外隔 热壳的外部。
在一个优选实施方案中，装置和供热装置位于关闭的内隔热区域内，冷 体位于其外侧。
体，在低于装置期望被保持的温度下，其适于吸收或释放潜热。
装置的加热器和控制装置调节保持装置在高于冷体温度的设定温度所
需的热量。加热器的输入功率通过与穿过冷体保温材料的失热速率相关的控
制装置来控制。
在一个任选实施方案中，冷体可以是任何其它材料，其适于在冷冻机或 冰箱中预冷却，以及能够在运送前安装在装置内。这种材料可以是液体或固 体，优选包含在子部件中，所述子部件设计用于使其在装置中便于操作和容 易安装。
在一个优选实施方案中，体系另外包括监控装置和装置置于的区域的温
12
度，在冷体已经被安装于装置中的前后，用以保证装置经历受控的温度分布。 在一个优选实施方案中，装置包括一个或多个温度传感器，其感应冷体 的温度，并通过控制装置读取。而后此传感器的输出可以应用于监控运输模 块的状态和控制供热装置。
在一个优选实施方案中，控制装置包括一个程序，其操作为 感应一个或多个下述温度运输模块、外隔热壳的外侧环境、外隔热壳
的内侧区域、内隔热壳的内测区域、装置、装置内的培养基、任何提供在装
置内的培养基储存器、以及装置内培养基的温度。
控制响应感应输入的加热和/或冷却装置，以便根据在运输期间预排程序
的或随后传递的指令记录和任选传递的运输模块状态来控制温度或温度分布。
用于细胞组织的孔格可以是提供的任何形式，其形成一个指定的保存细 胞组织的区域。
本发明现在仅采用实例的方法，并参考附图进行说明，其中 图l表示根据本发明的第一实施方案的装置的垂直截面； 图2表示根据本发明的第二实施方案的装置的垂直截面； 图3a表示第二实施方案的装置的垂直截面，表明在装置上使用盖子的 方法；
图3b表示另一个实施方案的装置的平面图3c表示沿图3b中线C-C的垂直截面；
图4表示根据本发明的第三实施方案的装置的垂直截面；
图5a表示根据本发明的第四实施方案的装置的垂直截面；
图5b表示在图5a中表示的实施方案的平面图6a表示才艮据本发明的第五实施方案的装置的垂直截面；
图6b表示在图6a中表示的实施方案的平面图7表示本发明系统的示意性的垂直截面，包括装置和附件；
图8a表示本发明的装置的第六实施方案的孔格的垂直截面；
图8b表示根据本发明第七实施方案的装置的孔格的垂直截面；
图8c表示根据本发明第八实施方案的装置的孔格的垂直截面；
图8d表示根据本发明第九实施方案的装置的孔格的垂直截面；
图9a表示根据本发明的第十实施方案的装置的局部的垂直截面；
图9b表示根据本发明的第十一实施方案的装置的局部的垂直截面；
图10表示根据本发明的第十二实施方案的装置的垂直截面；
图ll表示在图10中表示的实施方案的平面图12表示根据本发明的第十三实施方案的装置的垂直截面，和本发明 的附件的流体流动系统的示意图。
图13表示本发明系统的示意图，包括装置和附件，和用于附件的流体 流动系统的原理；以及
图14表示图13的系统的示意图，包括装置和附件，和用于附件的流体 流动系统的原理，同时图15-22表示本发明的实施方案的更多的垂直截面。
具体实施例方式
图l表示一个装置10,其包括用一个或更多的夹具、夹紧装置或其它止 动装置16保持在一起的底部12和盖14。底部12具有表面18，在其中形成 一个或多个孔格20，其尺寸适于感兴趣的对象，该对象在图1表示为24，被 浸泡在培养基30中。盖14具有表面22,当盖装配在底部上时其沿表面18 密封以保持孔格20的内容物。孔格20可以是任何容纳对象的适合形式一一 其在图1中表示为具有直边和平底，但同样的其可以是锥形或阶梯状并具有 圆形底的，而且可以是任何横截面形状。装置10适于使气体与外部环境交 换。在一个实施方案中，装置的全部或部分由透气但不透水的材料制成，如 PDMS 。 PDMS具有高气体溶解性和低水溶液溶解性，因此能维持氧气和 C02穿过适合厚度的材料充分运输用于孔格中的细胞内容物新陈代谢。在一 个替换优选实施例中，盖或底部用多孔疏水材料制成，其支持气体运输但不 允许水溶液进入孔隙。这种材料以若干形式存在，但已经发现的特别合适的 材料是多孔烧结聚乙烯或聚丙烯，例如商标为"VYON"，由Porvair Ltd., Wrexham, UK供应的材料。此材料在结构上是结实的以及具有高气体运输系 数。因此在一个实施方案中盖14完全用多孔疏水材料制成，其具有足够强 度以使其保持对底部12的密封，以便当使气体通过盖扩散入孔格内部时， 密封孔格20防止水性内容物的损失。在替换实施方案中，如图2所示，盖 可以包括由透气但不透水或多孔疏水性材料制成的子部件26，其保持于一个 硬的无孔主部件28中。
任选的底部和盖被一起保持而无需止动装置，例如用过盖和底部的区域 之间紧密嵌配或粘附的装置。
装置IO本身可以是任意大小，适于容纳任意量的孔格20。有利地该装 置形成为标准尺寸以与标准生物工艺学装置相合，如微量培养板机械手或显 微镜载物片支架。
孔格20的大小可以是如图2中的能使每个对象包含大体积培养基，或 如图1中的更小体积。 一个或多个对象可以容纳于一个孔格中。在一些实施 例中，如图2的孔格20中的锥形轮廓有利于定位对象沉入孔格中，随后用 吸液管吸至孔格底中的中央位置以使更易看见，特别的如果孔格是大的和可 见度是通过自动或半自动操作的。优选底部12由透明材料制成，以允许用 倒置显微镜通过孔格底部看见。盖材料可以是透明或半透明的，以允许从上 面照明。在一个优选实施方案中，盖由多孔烧结聚合物制成，其为半透明的， 底部由透明的聚苯乙烯、丙晞酸或其它聚合物制成。在孔格底部下面的底部 12的厚度可以选择以适合用于观测的光学器件。
在优选实施方案中孔格20的大小适合感兴趣的对象，而含有培养基的 量相比于现有技术类似装置更小。典型的，孔格的体积为1E-6 )il lOO(il, 典型的最小尺度为10pm-5mm。更优选的，对于诸如胚胎、卵母细胞和卵丘 -卵母细胞复合体的对象，其典型的尺度为50-500)im,孔格的体积为lE-3)il 100 (il以及最小尺度为100pm-5mm。对于大量在普通培养基空间中其它细 胞的培养，这些尺度也将适合，但对更小量细胞的培养，优选的尺度更小， 其孔格体积为1E-6(al lnl，最小尺度为10(xm-lmm。
在优选实施方案中，底部12是薄的，以当置于倒置显微镜时给出良好
因此当装置置于加热或冷却表面上时允许内容物的精确温度控制。
在使用时中，孔格20中充满培养基30,对象24沉入其中，或者手动或 者使用机器人吸液管管理器。多数孔格20形成标准形式，按照标准栅格排 列，如SBS微孔板标准，以使之易于与机器人吸液管装置连接。底部和盖适 于使盖易于应用于底而不会捕集孔格中的气泡。这能够依照标准操作进行， 用显微镜载物片和盖物片通过安排至少部分盖和底部的表面是亲水性的，如 此使培养基润湿表面和在其密封前滑动去除盖和底部的表面上多余的培养
基。在一个图3a表示的优选实施方案中底部12的表面18在至少其部分面 积上制成疏水性的，以便当孔格被充满至此水平时，使孔格中培养基34的 弯月面溢出表面，如在图3a的位置32。而后用盖14来切断弯月面并破坏表 面张力，以此方法一旦放置盖，气泡不会在孔格被捕集。表面18可以是完 全疏水性的，或疏水性可以是部分或组成图案的，图3a中用36表示。而后 弯月面可以在所示的疏水性和亲水性区域之间的结合处与表面18相交。
在图1、 2、 3b和3c中夹紧装置16表示为筒单的弹簧夹，确实这样一 个简单的夹子可以用于装置中，当盖已被放置到位后，夹子手动应用。可以 使用其它形式的夹子或夹钳，如本领域公知的压力夹具或电磁夹具，特别的 如果装置用于自动液体和/或微量培养板机械手装置。
图3b表示一个平面图，图3c表示在类似于图1 -3&的另一个实施方案 的平面上的C- C横截面，其中通过一个或多个形成在底部上的气体供给通 道70使气体环境与孔格中培养基之间的交换变得容易，通道靠近孔格使得 气体分子穿过底部材料迅速扩散。当孔格和气体供给通道由PDMS形成时， 该实施方案是特别有利的。在一个优选实施方案中，底部12包括基底11和 主体元件13，其优选由PDMS或另一高透气的聚合物形成。基底可以遍布 在主体元件的整个或部分，并可以是底部的一个子部件而不形成一个构件。 例如，基底是玻璃或聚碳酸酯，而PDMS层是如本领域内公知的与基底等离 子粘合。气体交换通道可以简单的开放于周围的气体气氛，或可以通过一个 或多个流体连接器71连接到气体供给。如图3b和3c许多的不连续通道可 以被使用，或更少量的通道被应用于引导穿过更大量的孔格。通道可以穿过 基底11的厚度在其主表面开口而形成，或者可以延伸穿过主体元件13在其 主表面开口 。
图4表示另一个优选的本发明的实施方案，其中孔格20在与共通流动 空间40流动传递，该共通流动空间40由底部表面18和盖表面22限定。盖 可以用任选的围绕空间40的密封装置44密封于底部。在表面18和22间的 区域42位于相邻的孔格之间，其为孔格间的扩散途径，以及是适合的因此 在相邻孔格中的对象不能离开孔格而接触，只是通过空间40中的流动化学 传递。区域42可以仅仅是空间40的部分，足够窄以至于限制对象。在另一 个优选实施方案中，区域42由可以扩散运输的渗透材料占有全部或部分， 例如被培养基润湿的亲水性多孔材料，但是所含孔隙对对象来说太小以至于
不能通过。在装置移动或振动或经历溫度梯度的情况下，此材料同样有利地 作为限制培养基的物理流动，因此在用于对象运输的装置中是有利的。已发
前面^是到的Porvair Ltd.生产的VYON TM 。也可以应用其它可渗透的而不 是多孔的材料，例如通过本领域公知的装置能在盖的表面、或在孔格间的底 部表面18上成形为预期图案的水凝胶聚合物。在一个替换实施方案中，孔 格本身由可渗透聚合物，如水凝胶形成。
图4的装置大小能适合孔格中的对象和孔格间扩散连通性的预期程度。 孔格间距，即空间40和区域42的深度，和在区域42中现有材料(如果有) 的扩散特性将全部控制孔#"间的扩散内部传递，因此能够被选出来满足预期 目的。在装置用于细胞而不是胚胎的情况下，在区域42内用限制扩散材料 特别有利，因为其緩和了对应低于细胞最小尺度的空间42的高度约束。
在另一个实施方案中，区域42内的材料选择为有活性的，也就是随时 间和/或与环境响应而改变。例如，材料选自由緩慢水合水凝胶聚合物组成的 组群，其扩散特性随水合作用变化，扩散系数随水合度的增加而增加。在此 实施方案中，孔格最初相互隔离，随着时间的流逝而增加扩散连接。这在运 输期间条件倾向于改变的环境是潜在有利的，这种改变是从隔离对象的培养 到连接培养，以及特别当培养基的组合物在运输时正在变为行进培养。类似 的，在区域内緩慢溶解的材料，如较少交联的凝胶组合物，会随时间打开扩 散路径。起初仅仅部分填充区域42，但随时间逐渐膨胀的水凝胶层的供给， 会稳定的限制应预期的扩散相互联系。
图5a表示另一个优选实施方案，其中提供了装置以监控和/或控制装置 和孔格中内容物的温度。装置基本上和在图4实施方案表示的一样，但是带 有如下附加特征，这些特征也可以包括在本发明的装置中，例如在其它图示 中显示的。装置显示位于附件50上的位置，与热交换装置52相接触，作用 为加热和/或冷却装置。止动装置16为概略的表示，能够是任何适合保持装 置和热交换装置间良好热接触的形式。装置配备一个或多个与孔格20或共 通空间40中的培养基接触的传感器，或者与其如此接近以至于其能够感应 培养基中的环境。在图5a中，两个温度传感器54、 56以薄膜热电偶或电阻 温度计的形式显示为形成在盖14的表面22上。其由两个或多个接触轨道58、 60连接于以弹簧销62、 64的形式表示的外部接触装置，此连接形成装置和
附件50间的电连接。在薄膜金属温度传感器的情况下，重要的是导电元件
与培养基绝缘，因此提供薄绝缘涂层66于至少处于培养基中的导电区域。
装置上的一个或多个温度传感器用一个与热交换装置连接的控制装置(未显 示)对培养基的温度精确反馈控制。
在一个替换实施方案中，提供温度传感器安装在或联接在底部12上。 传感器可以定位于底部表面18上，或在距孔格的底部或者空间40短距离的 底部材料内。
此外， 一个或多个温度传感器68可安装在装置的底部或者盖上，以监 测其外部温度。如果装置在使用中定位于封闭的、隔热环境那么这能够被设 计为有效等温的，外部装置温度将非常接近培养基温度。
在图5a中热交换装置52可以是电加热器、珀耳帖效应装置、通过流体 穿过其流动而被加热或冷却的金属块。它可以是用来维持装置的底部12恒 温的被动装置，装置和装置52两者都被一个诸如流动空气的热源加热。在 、使用珀耳帖效应装置的情况时，装置52可以另外包括热传递或吸热装置， 其传导热至外部环境或从外部环境导入热，例如本领域内公知的热导管或外 部散热器。
此外，或任选的，提供了通过底部和/或盖的材料整个或部分确定的一个 或多个流体流动通道，流体可以流动穿过它来维持装置的温度。例如，流体 流动通道被确定在底部材料之内如图5a中的冲黄截面70所示。此流动通道可 以以蜿蜒形式经由装置的底部，以便使其精确地接近孔格，或可以围绕一组 孔^f各的周围流动。流体优选通过附件50控制的远离装置的加热器维持恒温。
图5b表示在图5a中表示的实施方案的平面图，假设盖由透明材料制成 以便当盖在位置时，装置的内部能被看见。为了清楚，夹具16不被示出。 图5a是一个相应于图5b中A-A的横截面。示出一个5x4排列的20个孔 格。可以理解任何数量或构形的孔格都在本发明的范围内。示出温度传感器 56，通过盖的材料可看见，沿与接触装置62接触的接触轨道58,自上可见。 在特定的实施方案中的另 一个特征是加热或冷却流体可以通过的流体流动 通道70，如图5b点状表示。优选这样的通道70不直接在孔格底部之下通过， 以保持自下良好的能见度。此通道可具有的图案将通过一致的热流动需要来 确定，以给出均匀的温度的分布。因此优选排列是蜿蜒的，通向接近或穿过 孔格区域，优选孔格轴之间而非横越他们。
图6a和6b表示装置的另一个实施方案，其中从附件到装置做电连接。 图6b是该实施方案的平面图而图6a是图6b中D-D的^t截面。触点用如前 所述的弹簧触点62、 64制成温度传感器，此温度传感器是以电阻温度计58 的形式形成或安装在装置的底部上，并与孔格相邻。传感器58优选位于孔 格的一侧，如图6b的平面图所示一一图6a的表示法为表明传感器相对于孔 格和底部构件的典型的垂直位置，并图解说明底部12的实际上有用的元件， 其由两个或多个子部件层13和15组成，在其中一个上作为触点、传感器或 其它元件的金属轨道能被形成或安装。在图6b中示出一个加热轨道84，靠 近孔格和优选安排以给出遍及装置面积的近似均等的能量密度。触点能采用
另一个标准的触点装置86制成加热器轨道。预期的是，加热器轨道和一个 或多个传感器的排列可以改变以适应装置上的孔格的布局。
图7表示本发明系统的一个实施方案，包括由底部12和盖14形成的装 置10，和适合使装置在可控条件下运输的附件50，装置位于其上或其中。 附件包括一个热交换装置52， 一个或多个电接触装置62， 一个控制装置72, 其接收从与装置和/或附件连接的传感器信号并用作控制装置和/或附件的操 作，以及电源74。在优选的实施方案中，附件包括一个气体存储器，其在， 或能被带入，装置中的流动传递，并且其能作为气体存储器，当附件和装置 远离外界气体源时，其能与在培养基中的溶解气体交换。气体存储器可以在 大气压力下或可以在高压下操作。在图7中附件有一个盖76,其包括以气体 空间78形式的气体存储器。盖能形成一个围绕装置的不漏气的密封，盖有 一个或多个端口 80、 82,其允许气体(典型的为5%032/空气)充满空间， 当盖密闭时，气体隔绝在空间里。
上述实施方案用来在带着对象间任选扩散的控制量的培养基中，保持单 个或成组对象于保持位置。在另一个特别优选的实施方案中，装置适于改变 培养基的组合物，所述培养基浸泡对象物随时间而变或响应外部刺激。
图8a-8d表示本发明的实施方案，其中孔格内培养基组合物通过装置中 分离延时释放器构造的操作，或在与装置的流体传递中而改变，例如在装置 的一个或更多孔格中。在图8a-8d中的所有实施方案中，能被应用于带有该 装置系统的其余装置(未示出)和附件根据此处所述的任意实施方案。
图8a表示包括在带有对象24的孔格中的可控释放结构100的第一个实 施方案。此处该结构100包括材料102的内部核心，其由緩慢溶解的涂层材
料104(例如，糖)包围，将被加入培养基中。此多层组合物在药物输送领
域是公知的，大量适合的材料和传输装置是可用的。材料102本身可以在培
养过程中是活性的，从实用性出发可以用作结合和除去培养基中的物质，或
两者都是。当然，如果在添加培养基时释放立即开始，涂层材料104可省略。 图8b表示带有锥形或阶梯状横截面的孔格，其用于在孔格的第一部分中定 位对象，在孔格的第二部分中定位结构100。在图8b中，对象定位于孔格狭 窄的较低部分108，而结构IOO保持于较宽的上部106。图8c表示另一个实 施方案中的孔格，在其中替代地，结构IOO形成一种设计以定位于孔格特定 部分的形状，从而给出与孔格和对象相关的释放过程的确定的几何形状。在 图8c中该结构是盘状，而且保持在孔格的上部，同时对象沉于底部。此结
释放出内容物。图8d表示另一个实施方案，其中材料102沉积在孔格的底 部，被上层的释放控制材料104覆盖。在此实施方案中，孔格30在被培养 基填充前制备以便程序设计材料102和组合物的释放时间以及涂层材料104 的厚度。
其它释放结构的设计对本领域技术人员是显而易见的，可以用于本发明 的装置和方法中。特别是，要释放的物质能够被一种阻隔材料全部或部分覆 盖，如水凝胶，其在与液体接触时緩慢膨胀而变得可渗透。
图9a和9b表示另外两个实施方案，其中控制释放通过形成为装置10 零件的预制结构来完成。图9a中装置包括本身包括添加入孔格50中的材料 102的存储器110。存储器通过流动路径114与孔格流体传递，流动路径114 可被限定穿过底部12和盖14间的表面，或可穿过底部本身的主体形成。存 储器以对底部表面18开口的孔格的形式是有利的，在盖安装之前培养基可 以用吸液管移入其中。材料102可以单独在存^f诸器中或可以用释放控制材料 104覆盖或混合，材料104用作延迟材料102溶解到存储器内的培养基112 中。 一旦材料102已经溶解，通过流体通道114扩散进孔格30则是自由的。 材料102添加入孔格30的培养基的过程将通过材料104、存储器的尺度和流 体通道确定时间。通常扩散是缓慢的过程，但是通常其是在改变培养基中所 需要的而且实际上其是本发明的这个实施方案的有利的特征。流体通道114 可以是连接存储器和孔格的通路，或可以全部或部分填充控制扩散和/或对流 的材料，如在上述图4中的实施方案所述的亲水性多孔材料、水凝胶或类似
物，以及也可以是活性的，因而其性质随时间改变而增加或降低扩散。例如，
控制材料104可以出现在空间114中。图9b表示另一个实施方案，其中存 储器与孔格相邻，并通过多孔的或可渗透的元件116与其连接，通过材料102 逐渐扩散。添加的时间量程现在通过材料116控制，而排列的几何学允许材 料更均一的传递入孔才各50中。
图10表示根据本发明另一个实施方案的装置，适合于对象的培养和传 输，其中当对象保持在孔格中对抗流动、物理运动和震动时，孔格中的培养 基能被改变。在图10中示出单个孔格和相连的流动通道，但是可以理解的 是，在其它优选实施方案中，多个孔格、由通道形成的流体通道的各部分以 及如图10的其它特征，被包括在相同的装置中，并任选的由一个或多个共 通流体通道供应流体。
装置200包括底部202和盖208,底部任选的由基底204、第一主体部 件205和第二主体部件206永久的粘结在一起形成。底部包括如前所述适于 容纳对象24的孔格20。盖208是可移动的给出孔格入口和当在适当的位置 封闭流体通道穿过装置时，包括入口端口210、入口通道212、孔格20、出 口通道214和出口端口 216。入口和出口端口在图10中表示为经由连接装置 218通往装置的外部。任选的它们可以是与一个或多个另外的作为装置零件 的流体通道的流体传递，在优选的实施方案中其通向类似于图10所示的其 它的流动系统。装置也可以包括一个或多个流体存储器，其为了供给流体到 如图10所示的每个流体系统的入口和出口端口或者从其中收集流体。流体 流动通道是可逆的——这里提到的入口可以被用作出口 ，反之亦然。对象24 是通过第一压缩部件区域220和第二压缩部件区域保持在孔格内，所述第一 压缩部件区域220形成在靠近孔格底部的入口通道内的，其作用为防止对象 离开孔格，所述第二压缩部件区域形成在孔格的出口路径，如图10所示由 第一和第二主体部件205、 206确定，但是在其它实施方案中，其可以在底 部表面和盖表面之间形成。在优选实施方案中，如图IO所示，孔格20具有
形或阶梯状轮廓。盖和底部主体构件206之一由柔性材料制造，允许盖和底 部更大的凹进处228之间紧密配合，以在不需要外部保持装置下保持盖在适 当的位置。接着适于孔格的盖的部分用作封闭孔格。
图10的装置200可以通过将基底204粘接在通过^^莫制或加工制造的主体部件205、 206上形成，其特征为孔4各和流动^各径通过纟莫具确定。例如， 主体部件可以用PDMS模制，基底是玻璃或者聚合物，主体部件用本领域公 知的等离子活性粘接剂粘接在基底。主体部件可以由例如PDMS制造和粘接 在一起。在一个优选的实施方案中，第一和第二压缩部件的一个或两者整体 或部分由嵌入在主体部件206的单独模制元件来限定。压缩部件的一个或两 者可限定在嵌件230内， 一个或两者都可限定在嵌件和基底204、第一主体 部件205或第二主体部件206间的空间内。在此实施方案中，标记为205的 第一主体部件缩减到如图10交叉影线所示的嵌件230， 一一第一主体部件的 保持部件204合并入第二主体部件206中。压缩部件的一个或两者都可限定 在嵌件230内， 一个或两者都可限定在嵌件和基底204、第一主体部件205 或第二主体部件206间的空间内。在一个任选实施方案中，基底、第一和第 二主体部件由刚性材料模制，如丙烯酸或聚碳酸酯，并层压、加压粘结或胶 粘粘结在一起。在第二主体部件206由柔性材料制成的实施方案中，盖可以 通过任何刚性聚合物模制，如丙烯酸。在第二主体部件206为刚性的实施方 案中，盖可以通过柔性材料模制，如PDMS。
此结构形态的优势为所得装置是光学透明的，而且用倒置显微镜通过高 质量的平面基底提供了观察。
图ll表示根据图IO的实施方案的平面图，显示了基底204的水平平面 图。示出一个任选传感器240，其形成或安装在基底204上，并通过轨道242、 244连接到接触端点248。传感器任选的是温度传感器，可以用两个相接触 的金属形成一个热电偶，或用一个单独的金属形成为电阻温度计，在两种情 况下都通过用薄的覆盖层246使其与流动通道中的培养基电绝缘(见图10)。 传感器表示在出口通道214处，但可同样地位于装置的别处，或者接近流动 通道、孔格，或者远离这些。可提供多于一个的传感器。传感器也可以不只 是温度传感器一一例如用于溶解02、或pH的传感器，在此情况下覆盖层246 可以活性的控制被感知物质种类到金属电极242、 244的通路，或用作电活 性隔膜去感触期望的性能。覆盖层246可以是电阻变化响应于pH的聚合物， 或可以是一个电活性隔膜，穿过其的电压变化将响应于pH或其它离子浓 度。在这种情况下，电极之上的传感器区域可以如本领域中公知的形成多层 结构。
在优选的实施方案中，若干的孔格和关联的流动系统作为装置的零件，
图11描绘了此情况下的装置局部平面图。轨道242、 244和触点248能被形 成在装置的任何位置。
图12表示根据本发明的另一个实施方案的装置，以及本发明的附件的 元件示意图。在此实施方案中，装置300包括一个或多个孔格20与流体空 间42流体传递，此空间组成流动通道的一部分，流动通道/人入口端302、穿 过空间42、至出口端304而通过装置。流动通道使流体流经其与孔格20中 的培养基接触，使孔格中的物质与空间42中流动流体内的物质交换。这允 许孔格中培养基的更新或改变其组成，据此流体流入入口端。装置优选提供 一个或多个温度传感器330,这样定位以便与空间42和孔格20中的培养基 热接触，通过前述的轨道和接触装置连接。装置位于附件50之上或之内的 定位位置，与热交换装置52相接触，在此表示为包括温度传感器316和加 热器318的加热部件。流体连接通过两个或多个连接器324装入装置，在此 表示为推入配合装置上的连接器装置326，但其可采用任何适当的形式，包 括常规的Luer或螺旋配合HPLC连接器和"跨线(flying-lead)"管。
附件50包括与装置协同操作的流体供给和流动装置，包括一个或多个 流体存储器306、泵装置308、废料存储器310，存储器安装有通气阀312、 314以平衡压力。提供超过一个存储器306,每个带有不同的培养基，或者 串联在流动通道中以便在其它内容物开始流过通道之前， 一种内容物基本完 全流过流动通道，或者用阀门装置选择哪一个存储器连接到流动通道。而后 根据预设程序或装置或附件中探测的条件，用泵使培养基穿过流动通道并与 孔格20中的培养基交换。附件优选用内部温度传感器和加热器热稳定；特 别的，流体存储器306优选为隔热和热稳定的，以产生流体流动中可控温度 条件，因此配备例如温度传感器320和加热部件322。控制装置3々0探测传 感器的输出并控制加热器以保持孔格中预设温度或温度分布，并根据预设程 序控制培养基的流动。
图13表示本发明系统的示意图，包括提供流体流动穿过装置的前述任 意实施方案的装置，以及用于装置的附件。附件包括容纳装置的隔热外壳402 和流动系统的全部或其它部分。隔热外壳开口以嵌入装置400,并可包括温 度或者共同的或者分别的受控于热交换装置322的多于一个隔热隔间。装置 400安装在如前的热交换部件52上，设置有加热器318和温度传感器316， 尽管热交换部件也可以有冷却能力，其也包括与散热器耦合的帕尔帖装置，
或包括循环冷却流体流入或流出整体作为系统部分的冷藏单元的通道的部
件(未示出)。流动系统包括一个或多个培养基存储器404、 406、泵308、 与装置端口流体连接的入口流动线路408和出口流线路410、以及废料存储 器412。泵可以在装置的入口端或出口端，如点划线表示的414。
用于本发明系统的流动系统的优选实施方案如图13所示。在通常环境 中，在培养过程中，有必要改变第一培养基为第二培养基。图13中的流动 系统使其可行而无需阀门选择培养基，而仅用单独的泵。存储器404通过端 口 420和阀门422充满第一培养基；存储器406通过端口 424和阀门426充 满第二培养基。存储器406通过通气阀430排气，废料存储器412通过通气 阀432排气。流动通道428在其存储器406的出口任意的适于具有毛细端， 而且在填充存储器404期间，其被培养基l填充。毛细端意味着在不存在流 动压力时培养基l不进入存储器406。在某些实施方案中，可提供阀门来关 闭通道428。接着泵308从存储器中抽出培养基并使其流过装置。任选的提 供气泡捕集器434以捕集系统的气泡。任选的，可以在培养基流动开始之前 在入口流动线路408中提供阀门装置以灌注系统和去除气泡。当存储器404 清空时，存储器406的内容物进入并依次由泵抽出和流入装置。存储器优选 制成高纵横比以控制流动期间的混合。
隔热外壳402也可以是气密的，使得含有气体气氛用于存储器、装置或 两者中培养基进行气体交换。所以存储器可以设置有排气阀以辅助此过程， 排气阀例如由多孔疏水性聚合物制成。排气阀可以任选的向外部气氛排气。 在优选实施方案中，阀门422和426替换为端口 420、 424处的手动密封盖， 装配为可密封的而不捕集存储器中的空气。
图13的系统设置有控制装置340，其用作监控和控制系统各个部分的温 度，控制流动和监控作为装置的零件或流动系统别处配备的各个传感器。
装置、附件和流动系统的其它结构祐:设想用于本发明的系统中。例如， 也可以应用本领域^^知的流动系统，其中大量存储器与共通流动线路相连， 流动通过与各自相连的阀门、或与各自相连的单独泵装置控制。用于系统的
体压力使存储器壁变形而对培养基加压、或本领域公知的其它装置。
存储器、泵装置和其它流动元件可以一体化于装置本身之上，或装置和 所有或部分流动系统可以一体化于部件之内，此部件本身与运输模块或附件
嵌合并保持系统的零件。
图14表示根据图13系统的实施方案的示意图，其中相同部件采用相同
标记。系统450包括安装在运输模块或附件(未显示)内的装置400，附件 具有容纳流动系统的元件、控制装置和电源(未显示)的隔热外壳(未显示)。 装置和存储器示于附件的对面一一这纯粹是示意性的，且它们可以是任意的 实际布置，但是系统在运输中倾向于以任何方向操作，因此在图14中的排 列实际上是恰当的。 一个应用实施方案中的存储器通过制动器454、 456关 闭，其当关闭存储器时向通气阀转移流体。在一些实施方案中系统的元件被 安装或形成在材料452的支柱内，优选导热的，其在全部系统保持均一的温 度。可替换的，系统是基本良好隔热的，以至操作中其内部有效地为均一的 温度。附件用一个或多个盖462、 464关闭，其设计用来关闭和任选的密封， 通过夹具支持和任选的通过铰链。在一个优选实施方案中，系统在包括与装 置流体传递的气体空间，其作为气体存储器，并且设置有一个或多个气体入 口 470,任选的装上阀门，以在运输前通过外部气体源472充入或充满气体 空间。在图14中该空间468表示为在盖462内，但是其可以位于其它位置。 空间可以加压或在大气压下。可替换的，在装置本身上形成的一些实施方案 中，气体存储器可以单独配备，其与系统的其余部分接通而且通过特殊的气 体线路和通道作为装置的气体源。
在另一个实施方案中，装置还包括记忆存储器，如微芯片基、或磁带基 记忆存储器系统，其使关于装置和其内容物的数据被记录、读取、储存、随 装置传输。在一个优选实施方案中，记忆存储器和相连的控制线路与所需的 电源共同被安装在装置上或其中。存储系统可以通过电气插头、无线或光通 信与装置外其它系统相连，或其可以磁性记录或读取。在一个优选实施方案 中，存储系统含有与装置上使用的对象和培养基有关的关于识别、历史、内 容、下一动作的信息和操作信息。
存储系统可以包括用于控制装置功能的装置控制系统，其或者独立于， 或者与附件的控制系统一起，例如用于指示仪器上特别孔格中的对象状态并 在整个装置、全部对象、或仅是某些孔格中的情况下被使用者促使或阻止干 涉。
在一个优选实施方案中，装置是与另一个与在装置上对象的观察相联系 的控制装置协同可操作的，例如通过显微镜，其中显微镜控制装置能够从中
读取或记录在装置上的记忆存储器，装置的孔格中对象的细节、培养基条件、 试验观察和下一动作的指示，该动作或者由包括装置和附件的系统、由另一 个试验者、或者两者来指令。在优选实施方案中装置的存储系统与实验室信 息系统相互作用而控制装置和/或附件的应用和操作，以便追踪应用、记录条 件、或确保与保持的记录或其它调整的行为一致。
上述实施方案需要在装置上或其内部装配一个电子系统，其实例是本领 域公知的，以及前述几个实施方案公开的配备电触点。可替换的，无线通信 可以在装置、附件或另一装置外系统间应用。在任何情况下需要装备存储系 统于装置上或其中的设计是标准和本领域内公知的。
在另一个实施方案中，附件还包含一个或多个的下列各项 数据记录装置，其记录系统传感器的数据，例如如上描述的与在胚胎所
处的培养基的条件相联系的温度、pH、溶解氧或其它传感器；
系统里其它的传感器，例如测量系统正确机能和其所处环境条件的内部
或外部温度传感器；
加速计和姿态敏感器，其可被提供用于探测动作、震动或不利事件； 通讯装置，其允许在附件和远程系统之间通信，例如移动电话接口或无
线数据接口；
GPS定位监控装置；
其和附件的控制装置一起能用作监控或控制附件和装置的操作、记录其 位置和向远程站点报告状态和位置信息。
这在以下情况下是有用的在运输中的损失或延迟情况下能够定位本发 明的运输系统并可选地接收关于其状况和其中对象状况的信息。上述特征使 其能够实现。
本发明提供了用于运输胚胎的系统，其包括具有用于胚胎的孔格的装 置，孔格由盖关闭，以及运输模块或附件，其如上述用作 控制胚胎的温度， 可选地控制孔格中培养基的組成， 可选地提供一个受控的气体环境， 记录装置的条件， 记录其余附件的条件， 可选地记录附件外部的条件，
以及在特定实施方案中，附件包括通讯装置，其允许附件和外部装置间 通信，例如GPS定位记录器、移动电话接口、无线数据接口，其能作为监 控或控制附件和装置的操作、或记录其位置、以及传输数据至远程位置。
本发明的一个目的是提供一种用于在控制温度下运输有效载荷
(payload)的装置和方法，其中现有技术装置中的缺陷被克服。这类缺陷包 括不足的温度调节；温度偏离出指定范围前短的耐久性；为获得4天或更 多天订单的耐久性而大的尺寸和/或重量；冷却运输装置的趋势，当这是首次 加载入装置时倾向于保持温度接近0。C,冷冻样品，以及对所引入以抵消这 些的装置性能的妥协；缺乏加热运输装置的能力，倾向于保持温度高于外界 平均温度，以抵抗长期的超温度。现有技术装置全部遭受至少一种上述问题。 在随后确定的平均外界温度为在约10-25 。C范围内的平均温度。
定内部空间的外隔热层，设置有电加热器和共晶材料(或"相变材料"，PCM ) 共同接近于内部空间，共晶材料倾向于辅助加热作用。
Rix US6822198公开了 一种包括一种容纳了 一个内部电加热器和一个冷 却器的隔热外壳的运输装置。未公开冷却器相对于加热器的位置，而且在加 热器和冷却器之间没有隔热。此装置没有防止与冷却器接触的特征，因此潜
在的遭受冷却器被加热器非受控的加热，而因此在使用时将存在可变的和潜 在的短耐久性；同时，非受控的温度梯度将在加热器和冷却器间的腔室内出现。
Nadeur WO03/101861公开了 一种包括一个主体的运输装置，所述主体 包括环绕并接触有效载荷的PCM， PCM的熔点Tc基本上与有效载荷的储存 温度相同。 一旦PCM达到Tc,此装置将保持温度稳定，但是为了冷冻PCM, 其需要以某些方式冷却至低于Tc。为了加热PCM至Tc,需要使其达到条件， 即加热，这需要时间，可能会出错，而且由于许多PCM具有的扩大的熔融 范围，PCM的冷却能力的相当大部分被浪费了。特别对于在接近0。C操作的 装置，有水性有效载荷冰冻的危险，这对生物样品是需要避免的。
在一个基本上防止有效载荷冷却至低于O'C的设计中，当内部温度接近 (TC时，在现有技术中公知的运输装置不能将高性能冷冻剂与用传统冷冻器 在-15 °C到-20 °C冷冻冷冻剂相结合。
在上述平均外界温度下操作的温度受控运输装置是公知的，例如在37-39°C范围内运输活体生物样品。这些装置通常依赖隔热和内部加热装置， 例如预加热PCM或由电池组提供能量的电加热器，而且具有的耐久性受限 于电池或PCM的容量和隔热。然而适于小规模生物材料运输的现有技术装 置没有冷却能力，因此在高外界温度下易受过热，如在温暖气候时的运输过 程中可能遇到的。
对温度敏感性物品的过温保护由Hof等人US4425998公开，其提供了 一层以盐的形式的PCM，其熔点Tc恰好低于物品的敏感温度，由一个隔热 外壳包围。然而Hof等人的装置不适于保护已加热的有效载荷，因为从有效 载荷(高于Tc)中来的热流量会使保护盐熔化。盐的熔点比操作温度越低， 以及外隔热层越好，热保护就越好，但是盐被已加热的有效载荷熔化的趋势 就越大。本发明与Hof等人的设计区别在于提供一个内隔热层以及选用有利 的隔热与PCM参数的结合。
本发明提供一种用于在受控温度下运输有效载荷的装置，包括外壳、外 隔热区、包括诸如吸热材料的吸热元件、在某些实施方案中诸如冷体的吸热 元件的在引入装置前可以预冷却的吸热区；内隔热区和已加热的有效载荷。 该装置能够适于在任何必须的温度下操作，必须的温度范围为低于零度到显
著高于平均外界温度
在第一优选实施方案中，该装置适于在高于平均外界温度下应用，如 37-41。C的温度范围，例如培育和运输诸如培养中的细胞、胚胎或卵母细胞 的细胞组织；在此实施方案中吸热元件优选以吸热材料的形式并用作保护该 装置抵抗由长时间处于高外界温度导致的过热。
在第二实施方案中该装置适于在低于平均外界温度下应用，如0-10。C的 范围，例如运输组织样品、器官、血液或血液制品或温度^:感性药品或其它 化学制品；在此结构中吸热元件有利地以在一个或多个容器中的吸热材料的 形式在装置中来回移动，而且可以在引入装置之前冷却。
在上述任一实施方案中吸热材料优选相变(PCM)或共晶材料，其转变 温度低于有效载荷预期的冷却温度。在较高温度情况下，PCM的转变温度 优选为l(TC-rC，更优选5。C-2。C;也就是，允许低于预期操作温度的小边 际温度保护。在较低温度实施方案中，轻微过热最有可能是较不重要的，因 此PCM的转变温度优选低于预期操作温度l(TC- 0'C ，更优选低于预期操作
温度4。c- rc。 一个用于rc-4。c的特别优选实施方案中用水基吸热材料，其转变温度接近0。C。
图15表示装置的第一实施方案的概略横截面。装置500包括底部502 和盖504,其优选精确配合底部并可以保持在适当位置或由关闭装置(未显 示)保持关闭。该装置包括外壳506，其包括外隔热区508和由吸热材料组 成的吸热区510。在优选实施方案中，吸热材料包括所选的具有平均转变温 度低于有效载荷预期操作温度的相变材料(PCM)。该装置还包括内隔热区 512,处于吸热区和有效载荷空间514之间。有效载荷空间通过打开盖504 而开放通路，在优选实施方案中包括有效载荷单元516,其可从该装置中来 回移动。有效载荷单元包括保持有效载荷520的内壳518、加热有效载荷的 加热器单元522、控制装置524和电源(如电池)526。控制装置通过温度传 感器528测定有效载荷的温度。在一些实施方案中，传感器528安装在有效 载荷本身之上；在其它实施方案中，有效载荷容纳与有效载荷容器(未示于 图15中)中，加热器加热有效载荷容器，而温度传感器可以或者安装在有 效载荷容器上或者有效载荷本身之上。图15中加热器和有效载荷的布置是 概略的，其它布置是可能的——例如加热器可以位于有效载荷内，或可以围 绕其分布。优选控制装置也通过传感器530读取外界温度。
在优选实施方案中，隔热区的一个或两者包括一个或多个真空隔热板 (VIPs)。外壳还可以包括隔热和/或吸震材料，例如膨胀聚苯乙烯(EPS)。
在使用中，加热器控制有效载荷的温度抵抗外界的热流量。当外界低于 控制温度，热量通过内隔热、吸热材料和外隔热损失。吸热材料选择具有比 隔热更高的热容，并通过吸收或放出热量用作到/从外界的热流量的緩沖。在 吸热材料是PCM的情况下，PCM作为在或接近转变温度的热存储器。该装 置的操作通过实施例图解说明，此实施例中有效载荷的控制温度为38°C，适 于胚胎的培养。图15中装置的特别优势为吸热材料用作抗高外界温度。优 选应用转变温度Tc为30-35°C的PCM。当外界温度显著低于Tc， PCM被冷 冻而作为内和外隔热区的传导连接。对外界的热损失率主要依赖隔热区的热 阻总和。当外界温度提升高于Tc，热量从外界流动到PCM，其逐渐熔化、 吸热，因此基本防止热流量至有效载荷。最后PCM完全熔化，而再一次作 为有效的传导连接，并且过热保护终结。在这一点有效载荷的温度将开始上 升。 一旦外界温度降至低于Tc, PCM将逐渐冰冻，从而重新得到一定程度 的过热保护。
在外界温度高于Tc时，耐久性依赖于吸热区的热容和外隔热区的热阻， 选择这些以在保护和装置的尺寸和重量之间给予有利的折衷。在低外界温度 时，内和外隔热区的热阻总和决定加热器的功率需求和给定电池容量赋予装
置的耐久性。在吸热材料是PCM的情况下，为了过热保护的工作，当装置 在常温外界环境时，PCM应基本冷冻。在装置于38。C操作的优选实施方案 中，用Tc约35。C的PCM,外隔热区优选比内区具有更低的热阻。这意味着 PCM平衡在比38。C更接近平均外界温度，因而保持其冷冻。然而，外隔热 越低，需要的PCM热容越高以保持抗过热。对于优选实施方案，其中内和 外隔热包括VIPs，在VIP的厚度和PCM的厚度(和质量)之间需折衷。在 一个适于在37-40。C的控制温度下操作的装置的典型实施方案中，优选内对 外隔热的厚度比率为1:1-4:1。对于设计以在接近平均外界温度的控制温度下 操作的实施方案，最适宜的比率将不同PCM的Tc会更低，更大部分的总 隔热有利地置于PCM的外侧以在过热条件下减緩对PCM的热传导。外与内 隔热的比率根据装置的设计需要选择。
在装置的一个典型的实施方案中，其适于在37-4(TC的控制温度下操作， 用导热系数为0.0042 W/mK的VIPs (产自Va-Q-Tec GmbH， Wurzburg, Germany的Vaq-VIP )和具有Tc为35°C 、潜热容为99 kJ/升=5mm厚板情 况下500 kJ/m2的PCM(纤维4反型的Rubitherm RT35，产自Rubitherm GmbH, Hamburg, Germany ),内与外隔热的厚度的比率可以选为约l:l-约4:1。给出 了优选实施方案的实施例，但是应理解为不限定于此。使用这些材料的优选 实施方案具有5-15mm厚的外VIP、 5-10mm厚的PCM层和1-4倍外VIP厚 度的内VIP层。 一个优选实施方案具有约5mm厚的外隔热VIP、 8mm厚的 PCM层和约20mm厚的内VIP。此结合会在38°C的控制温度下给出运输附 件抗50。C的外界环境约8hr的过热保护。另一个优选实施方案具有约8mm 厚的外隔热VIP、 5mm厚的PCM层和约17mm厚的内VIP。此结合也会在 38。C的控制温度下给出装置抗5(TC的外界环境约8hr的过热保护。
在图15的实施方案中吸热区表示为基本围绕装置延伸，吸热区中的吸 热材料均匀分布于外和内隔热区之间。在此实施方案中如果外界热量优选在 一面到达外壳，例如从阳光，热量将主要从那一面流入邻近的吸热区中的吸 热材料。 一定量的热量将从局部加热的吸热材料传导至邻接面上的材料，但 是这会受限于吸热区的导热系数，如果其是薄的或吸热材料以不连续的板的 形式配备，其将受限制。因此在一个替换实施方案中，吸热材料，例如以板 形式的PCM,与一层传导材料接触，例如金属，其用作将热传导出高热发 生率的区域。在另一个优选实施方案中，吸热材料配备在外和内隔热之间的 局部区域，而一层导热材料，如金属，基本围绕内隔热的内部配备，其用作 将热从外隔热内部传导至吸热材料的区域。在此类型的优选实施方案中，相 对于在装置的每一面原位配备吸热材料以吸收达到表面的热量的实施方案， 吸热材料的总量可以减少。
装置可以是任何预期的形状(尽管最易制成矩形面)以及可以由多种材 料和通过本领域公知的多种方式制成。隔热区域优选由VIPS形成，或者对 装置的每一面为不连续的板或者为一个或多个形成适合外壳的连续的板。合
适板的供应者的实施例为产自Va-Q-Tec GmbH， Wurzburg， Germany的
"Va-Q-VIP"、产自Technautics Inc., CostaMesa CA, USA的"VacuPanel"、 产自heriuoSafe Inc.， USA的VIP (无商标)。VIPs优选通过由例如抗击穿塑 料形成的薄保护层或衬垫(在图15中未示出)保护。适合的用于吸热区的 吸热材料的实施例为片状PCM，例如产自Rubitherm GmbH, Hamburg, Germany的"Rubitherm"，其可应用多种厚度和Tc值，而且可以与简单VIP 板结合紧密装配在坚固的运输外壳内。加热器、温度传感器控制装置和电源 是本领域公知的类型。控制装置优选包括微处理器和装有控制装备操作的操 作程序的程序装置，例如控制加热器、电池充电、从温度和其它传感器记录 读取和提供输入输出功能。
图16表示装置500的另一个实施方案，其中包括主体502和能来回打 开的盖504。该装置包括外壳506、外隔热区508和由吸热材料组成的吸热 区510,其共同限定内隔热空间540。在优选实施方案中内隔热单元542从 该装置来回移动，而且包括壳518和内隔热区512，其限定有效载荷空间514。 内隔热单元还容纳有效载荷520和加热器522、控制装置524和电源526。 控制装置读取指示有效载荷温度的温度传感器528，或在有效载荷被容纳于 另一个容器(未显示)的实施方案中，可选地指示容器的温度。在优选实施 方案中，控制装置读取外界温度传感器530。控制装置同时任选的读取附加 温度传感器548,其测定加热器的温度，和/或552，其测定吸热区的温度， 和/或另外的读取内隔热区的内部温度的温度传感器(未显示)。在图16的实 施方案中，从传感器530和552引出的导线550和554穿过隔热和吸热区，
而以如下方式进入内隔热单元542，以至导线能延伸或拔去而移动单元542。 在一些实施方案中，在有效载荷本身的传感器528被忽略，用从传感器548 的读取代替控制有效载荷的温度。
在一个优选实施方案中，内隔热壳542为气密性的，因此允许不同气体 气氛保持在空间514而不在装置的其余部分。在需要C02气氛控制pH的培 养基中这是有利的，例如如果有效载荷容纳培养中的细胞、胚胎、卵母细胞 等。在此情况下，内隔热壳的盖544优选具有对内壳底部的垫圏或O-环气 密封。由阀门560关闭的气体入口 558、和由阀门564关闭的气体出口 562 被配备用于引导气体气氛进入内壳542。输电线连接器556也适于做成气密 性的。
在图15和16中的实施方案中，控制装置和电源表示为在内隔热内。可 以理解在任一或两者在装置的别处的实施方案包括在本发明中。在一个优选 实施方案中，两者都位于或者外隔热和内隔热间，或外壳506和外隔热间。
图17表示另一个实施方案，其适于以流体装置570的形式容纳和运输 有效载荷，如适于在受控温度和气体环境中容纳和培养诸如细胞、胚胎或卵 母细胞的细胞组织的微流体装置。装置500又包括主体502、盖504、外壳 506、外隔热区508、吸热区510和内隔热区512,共同限定一个内部空间540。 在此实施方案中内壳518为气密性的，限定一个有效载荷空间514，其能够 包含不同于在空间540中或外界的气体气氛。
一旦装置关闭，就提供气体入口 558、入口阀门560、出口 562和出口 阀门564以使气体从装置外流入空间。在一个优选实施方案中，壳518被气 密性的盖586关闭。在一些实施方案中，盖586确定上部有效载荷空间522, 其可以与主有效载荷空间514分离。在图17中两个空间表示为相互开放。 控制装置524和电源526如前配备，带有如前述任一实施方案的温度传感器 (未示出)。
在图17中的实施方案具有适于能够使液体培养基(liquid medium)流 过装置570的流体线路，包括流体存储器571、 572，每个含有控制阀门574、 576;泵578、装置的入口线路580和引至废料存储器584的出口线路582。
在这个和前述任一实施方案中，加热装置优选为电加热器。在一个替换 实施方案中，加热装置包括流体导热装置，其作用为从热源加热有效载荷， 例如电加热器，其在装置的别处，例如在微流体装置570的主体中依靠流体流过力口热通道。
图18表示另一个实施方案，适合控制有效载荷空间的温度在或低于平
均外界温度。包括主体602和盖604的装置600，包括外壳606和外部隔热 区域608 ，共同限定内部空间609,以及在此空间内的吸热区域用于接受一 个或多个吸热元件610,从装置中来回移动。该装置另外包括内部元件616, 其在优选实施方案中也是从装置中可移动的，其包括内部隔热区域612,有 效载荷空间614,而且其可以包括另一个在内隔热区外的壳元件(未示出)。 在图18中有效载荷620包括有盖的有效载荷容器和内含有效载荷内容物(未 示出)。此实施方案适于生物材料的运输，例如组织样品、活组织切片检查、 身体流体等，其在初级样品容器周围需要二级容器。在图18中表示的有效 载荷容器是圆柱形的一一虽然任何有效载荷或有效载荷容器的形式都在本 发明的范围内。至少在有效载荷空间里的一个区域通过加热器622加热，在 优选实施方案中，部分地或基本上处于有效载荷周围，例如在图18中以圆 柱结构紧密地容纳圆柱形的有效载荷容器。加热器受响应于从温度传感器 628的传感器输入的控制装置624控制，显示在邻近加热器，但其可以位于 别处，例如接近有效载荷容器，或在有效载荷容器内或接近、安装在有效载 荷的上面或里面。可以提供其它温度传感器，例如外界温度传感器630，其 通过控制装置任选读取。在一个替换实施例中，外界传感器630是自主传感 器，例i口产自Maxim Inc.的"i-button，，或产自Heatwatch Inc.的"heat button"， 其优势在于在内部元件616和传感器之间不需要接线632。电源626提供于 单元616内，当单元616远离用线路功率接线627的装置，其可以连接线路 功率。
在一个优选实施方案中，适合用在温度范围0-10。C ,例如应用在组织 样品的运输中，吸热元件610包括水基冷却剂。元件可以是瓶状的形状，适 合安装在空间609中的吸热区域，或在替换实施方案中，可以是在软包装内 的常规凝胶状包装和冻结为允许其安装进吸热区域的外形。在优选实施方案 的应用中，吸热元件是由常规冷却器冻结和可以置于直接远离冷却器的隔热 外壳中。内部元件，包括有效载荷、加热器、控制装置和电源，当在装置外 时可以使电池充电，和应用控制内部元件到预期温度来预设，而后嵌入装置 靠近吸热元件。传感器628探测由内部隔热区域612到吸热的传导产生的温 度降低，控制装置加热有效载荷空间以保持预期温度而对抗由吸热产生的冷
却。安装上盖604，装置现在可以运输。 一旦吸热达到约0。C，温度保持几 乎恒定一一接着加热器运行以保持在控制温度和0。C之间的差异。对于低的 控制温度，例如适合组织样品的2°C,由于内部隔热区域，仅需要很低的能 量来达到。没有内部隔热区域的现有技术运输系统具有更高能量要求，结果 给定的电池容量出现短的耐久性，以及冷却能力快速降低。外隔热608主要 用于隔离冷却剂以防止熔化；内部隔热控制有效载荷和吸热610之间的温度 梯度。
此实施方案的强大优势是样品能保持接近0。C而不存在冷冻及作为结果 的样品退化的危险。而且，与有效载荷温度通过用4"C水緩沖或用转变温度 高于0。C的PCM保持在O'C以上的现有技术运输装置比较，本发明的装置对 于给定的尺寸和质量具有更长的耐久性。用于緩冲的水每单位体积和质量提 供很少冷却能力；转变温度在所述4-6。C的PCM既具有更低的比潜热也具有 更低的密度，所以每单位体积的潜热低至水的一半。另外，冷却剂的预处理 (部分熔化)，即使当应用现有技术的非加热运输装置中Tc高于0。C的PCM 是必需的，这里是不必要的，所以避免了在运输草案中潜在故障的主要来源。
控制温度显著高于0。C可以在上述实施方案中达到，以增加加热器需要 的功率为代价。在显著高于0。C时操作的优选实施方案可以具有隔热更强的 内隔热区612。在优选实施方案中PCM用于吸热元件，其Tc值在有限的温 度范围中，此范围在或低于预期控制温度，以便使给定运输耐久性所需的电 池容量最小。例如，在一个适于在8-15。C的温度范围运行的优选实施方案中， Tc在4。C-8。C的相变材料可以替代冰使用，而对于10。C或更高范围，可以应 用Tc在5。C-10。C的相变材料。通常在优选实施方案中，应用Tc在低于控制
温度的约o'c-2o。c的pcm，在更优选实施方案中，rc-io。c,而在最优选实 施方案中，rc-5。c。
在优选实施方案中，外隔热包括至少一块VIP板，而在更优选实施方案 中，装置的每一个面都是一块VIP板。考虑到在给定外界环境下运输的预期 耐久性选择VIP的隔热特性。在一些实施方案中VIP板也用于内隔热区。在
优选实施方案中，内隔热的要求不如外隔热强，因此可以应用其它隔热材料， 如结构聚合物泡沫塑料。如果需要，内单元可以容纳在结构外壳(未示出)中。
图18中实施方案的试验装置由包括六块导热系数为0.0042 W/mK (产自Va-Q-Tec， GmbH的Va-Q- VIP )的VIP板，230x230 x20 mm厚，和Tc=0 °C、潜热容为330 kJ/kg的2.7kg冰/凝胶包装组成的外壳构造，置于由四个 210xl60 x40mm的塑料容器限定的吸热区内。内隔热为聚氨酯泡沫块，其 导热系数约为0.03 W/mK, 110x110x210 mm,具有轴向位于其中的一个直 径70mm的圆柱形有效载荷容器，给出厚度为20mm的最小内隔热区。
一个薄的50W片状加热器被安装在内隔热的内部，环绕有效载荷容器 620，而且如628所示的一个设置为rC的控制温度的加热控制装置与邻近加 热器的温度传感器相连。 一个"i-button"温度记录器被置于有效载荷容器内。 平均外界温度约为20°C。冷冻冰袋置于-18。C下的吸热区内。有效载荷容器
内的温度在约ioh内达到rc，保持rc附近o.25。c内超过7天的耐久性(此
时检测终止)。全部7天的总能量消耗为2.5kJ (平均功率4mW)。为了对比， 在用相同外壳、外和内隔热但不含活性加热元件的试验中，用Tc为4-6。C和 比热容为2.4kJ/kg和相对密度为0.8的PCM填充容器，在-18。C嵌入装置中， 有效载荷的温度在3小时内降至0。C以下。用不带电加热的冰基凝胶袋，其 比热容为4.2kJ/kg ,被期望在相当短的时间内使有效载荷冷却至0°C以下。 用Tc二4-6。C的PCM,有效载荷的温度快速达到4°C，在4.5天后稳定向上偏 离至8。C。超过此温度，PCM已完全熔化，温度快速上升。本发明的装置对 于给定的尺寸和重量，比没有本发明构造的对比装置具有更好的短期抗冻 性、更好的温度调节、和更长的耐久性。
图18中的替换实施方案在本发明的范围内。例如，附加吸热元件可以 位于内部原件616的上面或下面，而且内隔热可以又延伸至有效载荷容器 620上面。
图19表示另一个优选实施方案，其中装置600具有与图18中实施方案 相同的部分。内部原件616同前包括内隔热区612、有效载荷容器620、加 热器622和控制装置624。此处加热器主要处于有效载荷空间的底部，热量 通过一个或多个传导元件634传导至有效载荷空间的周围，例如与加热器热 接触良好的金属圆筒。传导元件的温度根据需要通过与元件接触的温度传感 器628、以及任选的与加热器接触的附加传感器638和与在有效载荷容器中 的有效载荷636接触的640来控制。
在一个替换实施方案中(未示出)加热器或传导元件可以成形为与有效
导体可以为棒状形式，容器安装于其上，因此从有效载荷容器的中心给出辐 射热流量，向外至内隔热并/人那至吸热元件。
图20表示另一个优选实施方案，适于在装置内有盖的有效载荷空间中
容纳有效载荷。装置600包括外壳606、外隔热区608、在此实施方案中形 成装置结构零件的内部元件616、和内隔板654，共同限定一个或多个吸热 区609,其接收来回移动的吸热元件610,以及容纳控制装置624和电源626 的空间656，有时通过电源接线627穿过装置主体连接。内部元件616包括 一个(任选的)内壳644和内隔热区612，并具有底部650和可逆打开的盖 652,其限定一个有效载荷空间614。有效载荷620示于成型以适应空间614 的任何合适形式的容器中。加热器622位于有效载荷空间内。可以提供温度 传感器628以感应有效载荷空间的温度，638感应加热器的温度以及640感 应有效载荷容器或有效载荷本身的温度。任选的提供温度传感器630以读取 外界温度。控制装置624和电源626通过内隔热610与有效载荷空间分离， 通过隔板654与吸热元件610分离，所述隔板654在优选实施方案中为本身 隔热的以防止由控制装置和电源产生的热量达到吸热元件。在此实施方案中 内隔热外部的电源位置是有利的，其中电源散出的热量，特别当电池充电时， 比能够通过内隔热方便的损失更多。在一些实施方案中，电源的零件(如功 率晶体管或IC )可以布置为与外壳良好接触以当电池充电时允许散热。
在图18-20的实施方案中，吸热元件显示为与装置的其它部分分离，使 其易于在冷冻器中冷却。在一个替代实施方案中，吸热元件形成为装置的整 体部分，优选为从装置中来回移动的内部元件的整体部分，因此使完整元件 移动和冷却。而后在装置中元件可以被整个替换。在图21中的装置有前述 实施方案中的相同部分，采用相同标记。在此实施方案中吸热元件接收空间 609与可移动内部元件616一皮接收的空间相同。元件616包括外壳644、在 优选实施方案中由PCM组成的吸热区610、内隔热区612并限定一个内部 有效载荷空间614。元件616含有盖，其给出有效载荷空间的通路。元件616 具有为通往有效载荷空间而给出的盖。元件616在使用前被移开并冷却，以 使吸热材料610低于其Tc。在一个优选实施方案中，元件616通过插头连接 656与装置连接，例如在元件底部。
图22表示一个替换实施方案，其中加热器作为装置的零件位于元件616 的外部。元件616包括样品空间614,与导热元件658热传导，在一个优选
实施方案中适于在空间614中达到基本均匀的温度，例如处于614的周围。 导热元件经由导热区660与元件616外部热传导，至热接触装置662，当元 件616嵌入装置时其与加热器622 (在图22中未示出)热接触。通过此方式 元件616能够成为无需接电源的无源元件。
可以理解，通过应用具有不同Tc的PCM，能制造适于不同范围控制温 度的装置。例如，在如下温度的PCM公知是可以利用的-4、 -1、 0、 2-6、 3-9、 5、 7、 20-22、 24、 26-28、 29、 32、 33-38、 35-36、 44-45、 48、 58。适 合在控制温度范围0-20。C下，优选高于Tc 1'C -5 。C下应用的装置能够被制造， 并用电加热达到温度控制以升高有效载荷温度高于Tc。在每种情况下，在 PCM和加热器间的内隔热层的存在对给出最佳性能是必要的。
可以理解，在上述实施方案中控制装置可以是本领域内公知的任何种 类。在优选实施方案中，控制能够与外部装置通信以上载程序、下载数据、 给出状态更新资料等，通过本领域内公知的装置，包括RF、 IR、蓝牙、USB 或其它电缆联接。
在另一个实施方案中，装置又包括一个或多个的下列各项
数据记录装置，记录系统传感器的数据，例如如上描述的与在有效载荷 条件相关的温度、pH、溶解氧或其它传感器；
在系统里别处的传感器，例如测量系统正确机能和其所处环境条件的内 部或外部温度传感器；
加速计和姿态敏感器，其可以被提供用于探测动作、震动或不利事件；
通讯装置，其使在附件和远程系统之间通信，例如移动电话接口或无线 数据接口；
GPS定位监控装置；
其和附件的控制装置一起能够作为监控或控制附件和装置的操作、记录 其位置和向远程站点报告状态和位置信息。
在运输中的损失或延迟情况下能够定位本发明的装置和可选地接收关 于其状态和其中对象状态的信息是有用的。上述特征使其能够实现。
权利要求
1.一种培养或熟化细胞组织的装置，该装置包括具有一个或多个孔格的基底，所述一个或多个孔格适于保持细胞组织；以及可释放地固定到基底以阻止细胞组织进出的盖装置，其中，该装置还包括流体源和流体传输装置，用以将流体从液体源供给到一个或多个使用中的孔格中。
2. —种用于在培养或熟化期间运输至少一种细胞组织的装置，该装置包 括有具有一个或多个孔格的基底，所述一个或多个孔格适于保持细胞组织 于流体中；用于阻止细胞组织从一个或多个孔格中进或出的盖装置；以及连 接所述一个或多个孔格以使流体能够流动或化学物质种类能够扩散的流体 运输装置。
3. 如权利要求1或2的装置，其中，所述一个或多个孔格面向基底的主 要表面开口。
4. 如前述任一权利要求的装置，其中，所述流体由气体组成，且所述流 体传输装置包括气体可渗透元件。
5. 如权利要求4的装置，其中，所述基底或盖装置由所述气体可渗透元 件组成或包括所述气体可渗透元件。
6. 如权利要求4或5的装置，其中，所述气体可渗透元件由多孔聚合物 组成。
7. 如前述任一权利要求的装置，其中，所述孔格适于防止相邻孔格中细 胞组织间的物理接触同时允许孔格间化学传递。
8. 如前述任一权利要求的装置，其中，所述一个或多个孔格是锥形的， 以在所述孔格中的给定的位置定位细胞组织。
9. 如前述任一权利要求的装置，其中，在多个孔格间提供流体路径。
10. 如前述任一权利要求的装置，其中，流体运输装置包括控制孔格间的 流体扩散和/或对流的材料。
11. 如权利要求10的装置，其中，所述材料是以下组中的一种多孔亲 水聚合物、液相物质种类可渗透的聚合物、水凝胶、过滤材料。
12. 如前述任一权利要求的装置，其中，该装置包括随时间来改变在所述 一个或多个孔格中的液体培养基的组分的装置。
13. 如权利要求12的装置，其中，用于改变组分的装置包括物质释放装置，其包括被释放进入到所述一个或多个孔格或所述液体培养基内的物质。
14. 如权利要求13的装置，还包括释放控制装置，用于控制物质释放进 孔格或培养基中的时间和/或速率。
15. 如权利要求13或14中任一项所述的装置，其中，所迷物质释放装置 是以主体的形式，其在盖装置固定以前，设置在所述一个或多个孔格中。
16. 如权利要求13-15中任一项所述的装置，其中，所述物质释放装置 为在所述一个或多个孔格中的壁上的一层或多层材料的形式。
17. 如权利要求16的装置，其中，所述物质释放装置包括一层要被释放 的物质，其全部或部分地被一层控制材料覆盖。
18. 如权利要求13的装置，其中，所述要被释放的物质提供在储存器中， 所述储存器有通向所述一个或多个孔格的流体通道，并且所述释放控制装置 在所述流体通道中包括由控制材料制成的屏障。
19. 如权利要求13-18中任一项所述的装置，其中，所述释放控制装置包 括一种控制材料，其可溶于液体培养基，或当与液体培养基接触时就变得可 渗透。
20. 如权利要求18的装置，其中，所述控制材料通过响应于施加在其上 的电势通过电化学反应变得可渗透或破裂，或响应于施加在其上的力而机械 地变得可渗透或破裂。
21. 如权利要求13-20中任一项所述的装置，其中，所述释放控制装置包 括一个安装在基底或盖装置上的元件，其控制在容纳被释放物质的储存器和 所述一个或多个孔4各之间的流体通道内的流体流。
22. 如前述任一权利要求的装置，其中，还包括温度传感器和温度控制装置。
23. 如前述任一权利要求的装置，其中，所述装置还包括一个或多个朝向 所述孔格或每个孔格开口的流体通道。
24. 如前述任一权利要求的装置，其中，还包括存储系统。
25. 包括如前述任一权利要求的装置和适于并设置成在运输中控制所述 装置操作的传输模块的装置。
26. 如权利要求25的装置，其中，所述传输模块包括隔热外壳。
27. 如权利要求25或26的装置，其中，所述传输模块包括控制所述一个 或多个孔格中的内容物温度的温度控制装置。
28. 如权利要求25-27中的任一项的装置，其中，所述传输模块还包括吸 热元件。
29. 如权利要求28的装置，其中，所述吸热元件维持温度低于装置和/ 或装置内的稳定温度。
30. 如权利要求28或29中任一项所述的装置，其中，所述吸热元件包括 冷体，其包括在导入装置前可被冷却的材料或装备。
31. 如权利要求28-30中任一项所述的装置，其中，所述吸热元件或冷体 包括相变或共晶材料，例如凝胶体，其在低于装置预期被保持的温度下，其 用于吸收或释放潜热。
32. 如权利要求25-31中任一项所述的装置，其中，所述传输模块包括气 体源和通过气体流动或扩散来控制邻近所述一个或多个孔格的气体环境的 装置。
33. 如权利要求25-32中任一项所述的装置，其中，所述传输模块包括用 于随时间改变所述一个或多个孔格中的液体培养基的组成的装置。
34. 如权利要求25-33中任一项所述的装置，其中，所述传输;漠块包括控 制装置，其用于控制物质释放入孔格或培养基中的定时和/或速率。
35. 如权利要求25-34中任一项所述的装置，其中，所述装置设置有感应 孔格的内容物温度的温度传感器。
36. 如权利要求25-35中任一项所述的装置，其中，所述装置设置有多个 不同传感器，其用于感应装置中的条件，并且所述传输模块设置有记录作为 时间的函数的情况的装置。
37. 如权利要求25-36中任一项所述的装置，其中，所述装置和/或传输装置对象的装置。
38. —种用于如权利要求25-37中任一项所述的装置中的传输模块。
39. 如权利要求38的传输模块，其包括用作无线通信装置的附加装置的 通信接口 ，用于传送关于传输模块和/或相关装置的数据。
40. 如权利要求38或39中任一项所述的传输模块，其包括用作无线通信 装置的附加装置的通信接口 ，用于接收来自远程站点的控制信号。
41. 一种用于在受控温度下传输有效载荷的装置，该装置包括外壳、外隔 热区、内隔热区和位于内隔热区和外隔热区之间的吸热区，所述内隔热区限定一个用于接收有效载荷的空腔。
42. 如权利要求41的装置，其中，所述外壳包括所述外隔热区。
43. 如权利要求41或42的装置，其中，所述外隔热区包括一个或多个 隔热元件。
44. 如权利要求41-43中任一项所述的装置，其中，所述内隔热区包括一 个或多个隔热元件。
45. 如权利要求41-44中任一项所述的装置，其中，所述内隔热区包括一个或多个真空隔热板。
46. 如权利要求41-45中任一项所述的装置，其中，所述外隔热区包括一个或多个真空隔热板。
47. 如权利要求41-46中任一项所述的装置，其中，所述吸热区包括一个 或多个吸热元件。
48. 如权利要求47的装置，其中，所述一个或多个吸热元件包括相变材料。
49. 如权利要求41-48中任一项所述的装置，其中，所述吸热区包括一个 或多个可以;陂冷却的可移动主体。
50. 如权利要求41-49中任一项所述的装置，其中，还包括加热在使用中的有效载荷的加热装置。
51. 如权利要求41-50中任一项所述的装置和可移去有效载荷单元，所述有效载荷单元包括有效载荷的接收区和加热在使用中的有效载荷的装置。
52. 如权利要求51的装置，其中，所述有效载荷单元还包括所述内隔热区。
53. 如权利要求52的装置，其中，所述有效载荷单元还包括所述吸热区。
54. 如权利要求50-53中任一项所述的装置，其中，所述加热装置包括电 力口热器。
全文摘要
本发明涉及一种在培养或熟化期间用于运输至少一种细胞组织的装置，此装置包括具有一个或多个孔格的基底，所述一个或多个孔格适于在流体中保持细胞组织、盖装置和流体运输装置，所述盖装置用于阻止细胞组织从一个或多个孔格中进出，所述流体运输装置连接一个或多个孔格以使流体能够流动或化学物质种类能够扩散。替换的或额外的装置包括在受控温度下运输有效载荷的模块，此模块包含外壳、外隔热区、内隔热区、和位于内和外隔热区间的散热区、和加热装置，内隔热区限定一个用于接收有效载荷的空腔。
文档编号C12M3/00GK101198688SQ200680016851
公开日2008年6月11日 申请日期2006年3月16日 优先权日2005年3月16日
发明者布赖恩·米勒, 约翰·R·道奇森, 罗宾·福特, 雷·卡蒂尼, 马尔科姆·奥斯汀 申请人:罗比奥系统有限公司