(57)【要約】培養または成熟中の少なくとも一つの細胞の実体を輸送するためのデバイスであって、そのデバイスは、一つ以上のウェルを有する基板であって、該一つ以上のウェルは、細胞の実体を流体に保持するように構成される基板と、一つ以上のウェルからの細胞の実体の出入りを防ぐための蓋手段と、化学種の流動または拡散を可能にするために一つ以上のウェルを連結する流体輸送手段とを備える。装置は、制御温度でペイロードを輸送するためのモジュールを代替的または付加的に備え、そのモジュールは、外側ハウジングと、外側の熱的絶縁領域と、内側の熱的絶縁領域と、外側および内側の熱的絶縁領域の間のヒートシンク領域とを備え、内側の熱的絶縁領域はペイロードおよび加熱手段を収めるための空洞を形作る。
2008532539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞の実体を培養または成熟させるためのデバイスであって、
前記デバイスは、一つ以上のウェルを有する基板であって、前記一つ以上のウェルは、細胞の実体を保持するように適合されている、基板と、
前記細胞の実体の出入りを防ぐように前記基板に解放可能なように固定可能な蓋手段と
を備え、
前記デバイスは、
流体のソースと、
使用の際に前記流体を前記ソースから前記一つ以上のウェルに供給する流体輸送手段と
をさらに備える、デバイス。
【請求項２】
培養または成熟中に少なくとも一つの細胞の実体を輸送するためのデバイスであって、
前記デバイスは、
一つ以上のウェルを有する基板であって、前記一つ以上のウェルは、細胞の実体を流体に保持するように適合されている、基板と、
前記一つ以上のウェルから前記細胞の実体の出入りを防ぐための蓋手段と、
化学種の流動または拡散を可能にするために前記一つ以上のウェルを連結する流体輸送手段と
を備える、デバイス。
【請求項３】
前記一つ以上のウェルは、前記基板の主要表面に対して開いている、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記流体は、ガスから成り、前記流体輸送手段は、ガス透過可能要素を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記基板または蓋手段は、前記ガス透過可能要素から成るか、前記ガス透過可能要素を含む、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ガス透過可能要素は、有孔性ポリマーから成る、請求項４または５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ウェルは、前記ウェル間の化学輸送が可能でありながら、隣接するウェルにおける細胞の実体間の物理的接触を防ぐように適合されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記一つ以上のウェルは、前記細胞の実体を前記１つ以上のウェルの各々の所定位置に配置させるようにテーパ状である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
流体経路は、複数のウェルの間に提供される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記流体輸送手段は、複数のウェルの間の前記流体の拡散および／または対流を制御する材料を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記材料は、親水性の有孔性ポリマー、液相における種に透過可能であるポリマー、ヒドロゲル、フィルター材料からなる群のメンバーである、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記一つ以上のウェルにおける液体媒体の組成を経時的に変更する手段を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記組成を変更する手段は、前記一つ以上のウェルまたは前記液体媒体に放出される物質を含んでいる物質放出手段を備える、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ウェルまたは媒体に前記物質を放出する時期および／または割合を制御する放出制御手段をさらに備える、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記物質放出手段は、前記蓋手段が固定される前に、前記一つ以上のウェルに提供される物体の形態である、請求項１３または１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記物質放出手段は、前記一つ以上のウェルの壁の材料の一つ以上の層の形態である、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記物質放出手段は、制御材料の層によって全体的または部分的に被覆されている、放出される物質の層を備える、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記放出される物質は、前記一つ以上のウェルへの流体経路を有する貯蔵容器に提供され、
前記放出制御手段は、制御材料から作成される前記流体経路内のバリアを含む、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記放出制御手段は、
液体媒体において可溶可能であるか、または液体媒体に接触して透水可能になる制御材料を含む、請求項１３〜１８のいずれかに一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記制御材料は、
印加電位に応答して電気化学反応によって透水可能になるか、破壊され、あるいは、
付加される力に応答して機械的に透水可能になるか、破壊される、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記放出制御手段は、前記物質または前記蓋手段に装着される要素を含み、放出される物質を含んでいんでいる貯蔵容器と前記一つ以上のウェルとの間の流体経路の流動を制御する、請求項１３〜２０のいずれかに一項に記載のデバイス。
【請求項２２】
温度センサーおよび温度制御手段をさらに備える、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記デバイスは、前記一つ以上のウェルの各々に対して開いた一つ以上の流体チャネルをさらに備える、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２４】
メモリシステムをさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の請求項におけるデバイスと、前記デバイスの輸送中の動作を制御するように適合および構成される輸送モジュールと含んでいる、装置。
【請求項２６】
前記輸送モジュールは、熱絶縁性ハウジングを含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記輸送モジュールは、前記一つ以上のウェルの含有物の温度を制御する温度制御手段を含む、請求項２５または２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記輸送モジュールは、ヒートシンクをさらに備える、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記ヒートシンクは、前記装置および／またはデバイスの内部の安定温度未満の温度に維持される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記ヒートシンクは、前記装置に導入される前に冷却され得る材料またはアセンブリを含んでいる冷却体を備える、請求項２８または２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記ヒートシンクまたは冷却体は、前記デバイスが維持されるのが所望される温度未満で潜熱を吸収または放出するように適合される相変化または共晶物質、例えばゲルを含む、請求項２８〜３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記輸送モジュールは、ガスのソースと、前記一つ以上のウェルに隣接する前記ガス環境をガス流動または拡散によって制御する手段とを含む、請求項２５〜３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
前記輸送モジュールは、前記一つ以上のウェルにおける液体媒体の組成を経時的に変更する手段を含む、請求項２５〜３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記輸送モジュールは、前記ウェルまたは媒体への前記物質の放出の時期および／または割合を制御する制御手段を含む、請求項２５〜３３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
前記デバイスは、前記ウェルの含有物の温度を感知する温度センサーを備える、請求項２５〜３４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３６】
前記デバイスは、前記デバイスの状況を感知する複数の異なるセンサーを備え、
前記輸送モジュールは、時間の関数として状況を記録する手段を備える、請求項２５〜３５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記デバイスおよび／または輸送モジュールは、前記ウェルの全てまたは単にいくつかにおけるデバイスの全対象物に関して、ユーザーの介入を促進または防止する手段を提供する、請求項２５〜３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
請求項２５〜３７のいずれか一項に記載の装置において使用するための輸送モジュール。
【請求項３９】
前記輸送モジュールおよび／または関連デバイスに関するデータを送信するための、無線通信装置に装着するための通信用インターフェースを含む、請求項３８に記載の輸送モジュール。
【請求項４０】
遠隔地から制御信号を受信するための、無線通信装置に装着するための通信用インターフェースを含む、請求項３８または３９に記載の輸送モジュール。
【請求項４１】
制御された温度でペイロードを輸送するための装置であって、
前記装置は、
外側ハウジングと、
外側の熱絶縁性領域と、
内側の熱絶縁性領域と、
前記外側の熱絶縁性領域と前記内側の熱絶縁性領域との間のヒートシンク領域と
を備え、
前記内側の熱絶縁性領域は、ペイロードを収容する空洞を画定する、装置。
【請求項４２】
前記外側ハウジングは、前記外側の熱絶縁性領域を備える、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記外側の熱絶縁性領域は、一つ以上の熱絶縁性要素を備える、請求項４１または４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記内側の熱絶縁性領域は、一つ以上の熱絶縁性要素を備える、請求項４１〜４３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４５】
前記内側の熱絶縁性領域は、一つ以上の真空断熱パネルを備える、請求項４１〜４４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４６】
前記外側の熱絶縁性領域は、一つ以上の真空断熱パネルを備える、請求項４１〜４５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項４７】
前記ヒートシンク領域は、一つ以上の熱吸収要素を備える、請求項４１〜４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４８】
前記一つ以上の熱吸収要素は、相変化物質を備える、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記ヒートシンク領域は、冷却され得る一つ以上の取り外し可能部分を備える、請求項４１〜４８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５０】
使用中のペイロードを加熱する加熱手段をさらに備える、請求項４１〜４９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５１】
取り外し可能なペイロードユニットをさらに備え、前記ペイロードユニットは、ペイロードのための収容領域と、使用中のペイロードを加熱する手段とを含む、請求項４１〜５０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５２】
前記ペイロードユニットは、前記内側の絶縁領域をさらに含む、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記ペイロードユニットは、前記ヒートシンク領域をさらに含む、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記加熱手段は電気ヒーターを備える、請求項５０〜５３のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞、卵母細胞、胚、成熟卵子、またはその他の細胞組織を体外で培養するためのシステムおよび方法に関する。また、細胞、卵子、胚、卵母細胞、あるいはその他の細胞組織または物質の輸送のための手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
体外で卵子を成熟させるため、および胚を培養するためのさまざまな装置および方法が知られている。標準的な技術において、これらのプロセスは、卵子または胚を操作するためのピペットや、卵子または胚ならびに成熟または培養培地を入れるためのペトリ皿などの従来の用具を使用して達成される。卵子または胚は、通常、制御された温度およびガス環境の状況において培養器で培養される。それらは、一つずつまたはまとめて培養されてもよく、特に卵子については、卵丘細胞などのその他の細胞の存在下で培養されてもよい。成熟または培養は、ペトリ皿における培地の微小滴で実行されることが多く、その培地は不活性油で被覆され、その皿は、インキュベーターにおける環境へのガス通路を有する。従来のいくつかの成熟または培養手順において、卵子または胚が含まれる培地環境の量が重要となり、いくつかの卵子または胚が少量の培地にともに存在する場合に、成熟および培養の成功率がより高いということがいくつかの方法において証明されている。この自己分泌作用は、第二の卵子の発達に作用する第一の卵子または胚によって生成される微量の化学物質によってもたらされると考えられる。しかしながら、ある特定の状況においては、個々の卵子または胚を識別することも有益であり、従来の装置は、通常、胚または卵子が別々に保存されることができないが、その間の化学物質が交換可能である。特許文献１に開示されるＶａｊｔａらのｗｅｌｌ−ｏｆ−ｗｅｌｌｓ（ＷＯＷ）方法により、これが可能になるが、胚の出口に対してウェルを閉鎖しないため、可搬型装置における使用には適していない。
【０００３】
培地は、通常、ｐＨの変動を緩和し、この緩和は、重炭酸塩／二酸化炭素に基づいてもよく、その場合は、外部ガス環境における二酸化炭素の分圧が重要となり、ＨＥＰＥＳなどのその他緩衝系に全体的または部分的に基づいてもよく、その場合は、ガス環境をあまり厳密に制御しなくてもよく、状況によって全く制御しなくてもよい場合がある。培地は、成熟または培養の間に、名目上一定の組成であってもよく、または、同一の名目組成の更新培地のために変更されてもよく、あるいは、例えば成熟または培養のプロセスを支援または制御するために培地状態を修正するために新たな培地であってもよい。具体的には、胚の培養のためのある方法において、最初に無血清培地で胚を培養し、後に培養において血清（多くの場合、ウシ胎児血清、ＦＣＳ）を含む培地に変更することが有益であることが知られている。卵子の成熟の場合、成熟のプロセスは、種を成熟培地に添加すること、または培地を新鮮培地と取り替えて培地から種を除去することによって制御されてもよいことが知られている。これは、卵子または胚が、成熟または培養プロセス中に、例えば、卵子の採取位置または胚の生産位置から卵子が使用され得る第二の位置または胚が移植される第二の位置に輸送される場合に特に有利であってもよい。従来、培地は、例えば、同じ培養皿におけるある微小滴から別の微小滴など、ある培地からまた別の培地へピペットで取ることによって卵子または胚を移動させることによって変化させている。これは、単純な装置を使用するが、卵子および胚が繊細であるためピペットにより損傷を受け易いこと、ある量の培地が必然的に培地環境から別の培地環境へ輸送されるため、微小滴が少量である場合に特に重要となり、超低濃度で活性の古い培地からの物質が新しい培地に輸送されてもよい可能性があるが、逐次的洗浄ステップが使用されない場合に限ること、輸送プロセスはゆっくり行い、技術を有する者が行う必要があること、ならびに、輸送は遠隔で行うことができないこと、などの不利点を抱えるので、輸送中または完全装備の研究環境外では実行できない。
【０００４】
参照の後、装置の機能および方法の説明の実例として、胚の培養が説明される。プロセスの多くは、卵子の成熟および細胞またはその他の細胞の実体の培養にも適用されることが可能で、当技術分野に精通する者には、異なるサイズ区分の胚、卵子、および細胞について適切に選択された寸法でこの適用が可能であることが明白である。したがって、成熟および培養ならびに卵子、胚、および細胞の用語は、以下において、および便宜的に総称して＞対象物＝と呼ばれる場合に、同じ意味で使用される。本発明の特定の機能は、卵子の成熟または胚の培養に適用することが留意されたい。
【０００５】
多くの装置および方法が、従来技術におけるこれらおよびその他の問題を軽減するために提案されてきた。
【０００６】
Ｂｅｅｂｅらによる特許文献２および特許文献３は、ほぼ胚の大きさのマイクロチャネルを備えるシステムを提案し、そのマイクロチャネルには胚が入り、チャネルに沿った流れにおける同調によりマイクロチャネル内の狭窄部に配置され、その流れが、チャネル壁の一つに接触しているチャネルに沿って胚を回転させる。この装置は、胚の培地環境の厳密な制御を達成するが、不利点を抱え、その中でもとりわけ、逆方向の培地の流れに対して胚を明確に配置する手段を提供せず、胚が狭窄部から移動する傾向にあること、培地と外部ガス環境との間のガス交換に使用可能な手段を提供せず、各位置における多数の胚に使用可能な保存手段を提供しないが識別を行い、つまり、特許文献２の装置および方法において胚がある保持位置から別の保持位置まで移動することが可能であるため、胚の識別に関する情報を失うこと、といった不利点を抱える。輸送における使用に適切な装置を作製するという適応は開示されず、重力下または運動下で移動する胚に関する問題が潜在的に発生する。
【０００７】
Ｃａｍｐｂｅｌｌらによる特許文献４は、輸送に適合した胚培養のための装置を提案し、胚は、胚が確実に保持される方法で閉鎖可能であるウェルに保持され、ウェルにおける培地が遠隔または自動制御下で取り替え可能にする供給および流れ生成手段を有する。また、特許文献４も、培地またはウェルにおける温度、ｐＨ、および化学成分などのパラメーターを監視および／または制御するための手段を開示するが、これがいかに達成されるかを示す装置の詳細については開示されていない。特許文献４の装置および方法は、制御化学環境において多数の胚を搬送するようには適合されていないが胚の識別は行うものであるが、共通のウェルまたは複数のウェルにおける胚を分割する手段が無いこと、ウェルが胚よりも大幅に大きいために培地環境が制御できず、第一の培地を第二の培地と完全に交換するための長時間および多量の培地が制御できないこと、ウェルへのアクセスが長い注入管の下方またはマイクロチャネルにおける同調のそばにあり、従来のピペットを使用して容易に達成できないこと、設計が従来の顕微鏡の使用に適していないことが挙げられる。
【０００８】
Ｔｈｏｍｐｓｏｎらによる特許文献５は、胚を培養するための方法および装置を開示し、胚はタンク中の培地において培養され、そのタンクには一つ以上の貯蔵容器から培地が供給され、例えば、温度、ｐＨ、溶存酸素、溶液中のイオン、または胚の呼吸による代謝産物に関するセンサーが任意で設けられることにより、胚の周囲の培地が、培地の状態または制御装置に保存されるプログラムに対応して変更可能であるようにする。特許文献５に開示される装置は、大量の溶液を収容するマクロスケール装置を備え、この発明のタンクは大容量（１０〜５０ｍｌ）であるため、第一の培地と第二の培地を取り替えるために大量の培地も必要になる。デバイスは、装置外部にある別々の貯蔵容器および流動システム構成要素を使用するという点において内蔵型ではなく、輸送には適合しない。貯蔵容器から新たにガスが富化された培地の流れによってでしか、タンク内に胚のガス（二酸化炭素、空気）をかん流する手段が開示されない。実用的な輸送装置において、装置のサイズおよび胚の周囲の培地の量は、特許文献５に記載のものよりも少ないほうが有利であり、胚の周囲の培地とのガス平衡を可能にする手段が好ましい。
【０００９】
Ｖａｎ  ｄｅｎ  Ｓｔｅｅｎらによる特許文献６は、各区画で胚を保持する篩状の構成要素の積層配列に基づいて、チャンバを介した培地の流れを可能にする胚の発達のためのマイクロチャンバの配列を開示する。胚は、区画および篩状の構成要素の積層に配置され、胚を封鎖するように組み立てられる。その構成要素は、ほぼ胚の大きさで図示されるが、特許文献６における図は、単に略図であって、そのような構造を組み立てる手段は開示されない。装置の輸送を可能にする蓋またはその他の閉鎖手段も開示されない。
【００１０】
Ｖａｊｔａらによる特許文献１は、大きいウェルの底部に位置する配列された小さいウェルにおいて胚を培養する方法を開示する（ｗｅｌｌ−ｏｆ−ｗｅｌｌｓ方法として既知である）。これにより、胚は、共通の培地において別々に配置可能になるが、培地またはウェルを含むデバイスのバランスが崩れた場合に胚を本来の位置に保持する手段を含まない。したがって、研究室環境外に胚を輸送するには適切ではない。また、その方法は、開放型ウェルに基づいているため、インキュベーターにおける環境からのガス交換またはそれによる加熱に依存する。さらに、培地を大きいウェルからピペットによって出し入れする手段以外に、培地の組成を変更する手段が開示されていない。
【００１１】
Ｖａｊｔａらによる特許文献７は、胚移植に使用されるような毛細血管状のストローにおける卵子または胚の輸送を開示し、そのストローは、任意で密閉された端を有し、その成熟または培養プロセスは輸送中に実行可能であるが、輸送中に培地の交換ができない。
【００１２】
胚または卵子の輸送装置は、例えば、Ｃｒｙｏｌｏｇｉｃ  Ｐｔｙ社（オーストラリア）（ｗｗｗ．ｃｒｙｏｌｏｇｉｃ．ｃｏｍ、ｗｗｗ．ｂｉｏｇｅｎｉｃｓ．ｃｏｍ）によって製造されたものが知られており、それは、輸送中の数時間または数日間の期間、一定の温度を維持するが、内部の格納容器における培地との交換のための一定のガス環境は維持できない。内部の格納容器は、一般的に、バイアル、ストロー、またはキャピラリーの形状であり、また、輸送中の培地の交換の手段がない。
【００１３】
特許文献４、特許文献５、および特許文献６に開示される従来技術のデバイスに関するさらなる問題は、小さいまたは低アスペクト比であるように適合されておらず（例えば、ストローなど）、輸送中にその状況を維持するために、結果として生じる電力の増大および絶縁の必要性を含めるために体積を増大させる必要がある。これにより、搬送時間が限定されるため、その含有物は搬送の遅れの影響を受け易い。さらに、現在市販されている装置は、絶縁が不十分で、サンプルを冷却ではなく加熱することによって温度を維持することが可能であるため、胚および卵子は、高い大気温度の期間が長引く場合に損傷を受け易い。
【特許文献１】国際公開第０１０２５３９号パンフレット
【特許文献２】米国特許第６１９３６４７号明細書
【特許文献３】米国特許第６６９５７６５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２００６８３５８号明細書
【特許文献５】米国特許第６６７３００８号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４０２３４９４０号明細書
【特許文献７】米国特許第６３９９３７５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
「細胞の実体（ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｅｎｔｉｔｙ）」、「対象物」、および「胚」の用語は、装置内に配置され、本発明の方法で使用される卵子、胚、またはその他の細胞の実体と同じ意味で使用される。本装置の関連部分は、収容される対象物の一般的な寸法に基づいてサイズが決定可能である。胚、卵子、およびそれと同様なもの以外の細胞はより小さく、本発明の実施形態は、関連部分が適切にサイズ決定されるものにも適用する。
【００１５】
本発明の第一の側面によれば、請求項１から２３に記載のデバイスが提供される。
【００１６】
本発明の第二の側面によれば、請求項２４から３５に記載の装置が存在する。
【００１７】
本発明の第三の側面によれば、請求項３６から３８に記載の輸送モジュールが提供される。
【００１８】
本発明のデバイス、装置、およびモジュールは、特に、再現可能でかつ安定した環境において、技術者の介入を必要とせずに細胞の実体の輸送を可能にする。
【００１９】
ウェル間における液体の流れについての本明細書における記載事項は、その間の化学種／分子の拡散にも関連する。
【００２０】
一実施形態において、本発明は、細胞の実体を培養または成熟させるための装置を提供し、前記装置は、ベースの表面に開放する一つ以上のウェルを有するベースと、細胞の実体の出入りを防ぐように各ウェルを閉鎖する働きをする蓋と、前記装置内のガス供給から分子が前記ウェル内の培地に輸送可能にする透過手段と、を含むデバイスを備える。
【００２１】
一実施形態において、本発明は、細胞の実体を培養または成熟させるための装置を提供し、前記装置は、ベースの表面に開放する多数のウェルを有するベースと、細胞の実体の出入りを防ぐように各ウェルを閉鎖する働きをする蓋と、前記細胞の実体がその本来のウェルに保持されて、隣接するウェルに含まれる細胞の実体間の物質的接触を防止するように構成される、ウェル間の化学的連通のための手段とを含むデバイスを備える。
【００２２】
さらなる実施形態によると、本発明は、細胞の実体を培養または成熟させるための装置を提供し、前記装置は、ベースの表面に開放する一つ以上のウェルを有するベースと、細胞の実体の出入りを防ぐように各ウェルを閉鎖する働きをする蓋と、前記蓋が所定の位置にある際に、ウェル内の培地の組成を変更するための手段とを含むデバイスを備える。
【００２３】
さらなる実施形態によると、本発明は、本発明のデバイスおよび前記デバイスと連動して動作する電気機器または輸送モジュールを備える、胚を培養および輸送するためのシステムを提供し、前記電気機器またはモジュールは、前記デバイスに流体を供給するための一つ以上の流体貯蔵容器と、前記電気機器と前記デバイスとの間の流体連通を生成する流体接続手段と、前記デバイスの流れを生成または調整するための流れ生成または制御手段と、外部電源とは独立している前記デバイスおよび前記電気機器の動作を可能にする電源と、前記デバイスおよび前記電気機器の動作を制御する制御手段とを備え、任意で前記デバイスと連接するセンサーからの出力を使用する。
【００２４】
前記表面は、好ましくは平らまたは平面である。前記ウェルは、好ましくは、細胞の実体の自動挿入または顕微鏡検査を容易にするために、二次元配列を形成する。
【００２５】
好ましくは、前記装置は、前記ベースを介して、倒立顕微鏡を使用して上から観察、標準の顕微鏡を使用して観察、またはその両方のために、ウェル内の前記胚の可視性を提供するように配置される。
【００２６】
好ましくは、前記ウェル内の前記培地の温度を制御する手段が提供される。
【００２７】
好ましくは、前記装置本体または前記ウェル内の前記培地の温度を測定するための一つ以上の温度センサーが提供される。
【００２８】
好ましくは、前記装置本体または前記ウェル内の前記培地を加熱または冷却するための一つ以上の熱伝達手段が提供される。
【００２９】
一実施形態において、前記デバイスの全部または一部は、ＰＤＭＳなどのガス透過性であるが液体不透過性である材料から作製される。ＰＤＭＳは、ガスの溶解性が高く、水性液体の溶解性が低いため、前記ウェルの細胞内含有物の代謝のために、適切な厚さの材料を横切って、継続して酸素および二酸化炭素が十分に輸送可能にする。前記要素は、前記細胞内含有物の呼吸が維持されるようにするバルク材料を介して十分な輸送量を可能にするサイズである。
【００３０】
代替実施形態において、前記蓋または前記ベースは、ガス輸送を支持するが細孔に水性液体を通さない疎水性の有孔性材料から作製される。このような材料は、いくつかの形状で存在するが、特に適切であると考えられるものは、有孔性焼結ポリエチレンであって、商標が「ＶＹＯＮ」あり、英国レクサムにあるＰｏｒｖａｉｒ社製のものが挙げられる。この材料は構造的に頑丈であり、高いガス輸送係数を有する。
【００３１】
好適な実施形態において、前記ベースは薄く、倒立顕微鏡上に置かれる際に優れた光学的特性を可能にし、前記ウェルの含有物と前記ベースの下の表面との間に優れた熱接触を提供するため、前記デバイスが伝熱面または冷却面に置かれる際に前記含有物の温度を厳密に制御することができる。
【００３２】
好ましくは、前記蓋および／または前記ベースの表面の少なくとも一部分は、親水性である。
【００３３】
好ましくは、前記蓋および／または前記ベースの表面の少なくとも一部分は、疎水性である。
【００３４】
好ましくは、物質を前記ウェルに放出するように働く放出制御デバイスが提供される。前記放出制御デバイスは、例えば、外部制御信号または刺激を使用して、自律していてもよく、例えば、時間放出型または制御可能であってもよい。
【００３５】
好ましくは、培地またはガスが流動する、前記ウェルと流体連通する一つ以上の流体チャネルが提供される。
【００３６】
好ましくは、前記ウェル内の前記培地に添加される材料の供給が、前記ウェル内の培地の化学組成を変更するために提供される。
【００３７】
好ましくは、前記装置を直接囲む環境において、またはさらなる流体チャネルを介して供給される、前記ウェル間のガス連通およびガス供給を可能にする手段が提供される。
【００３８】
好ましくは、前記デバイス上または前記電気機器の流体流動システムの一部として配置される透過手段と流体連通するガス貯蔵容器であって、透過手段は、前記デバイスにおいて、前記ガス貯蔵容器から前記培地にガス分子の輸送を可能にする、ガス貯蔵容器が提供される。
【００３９】
好ましくは、熱絶縁は、前記デバイスと前記環境との間で提供される。
【００４０】
前記電気機器またはその外部環境の温度を測定するさらなる温度センサーが提供されることが好ましく、その出力は、例えば、熱伝導手段あるいは前記電気機器またはデバイス内の流れを制御する前記制御手段によって記録または利用される。
【００４１】
好ましくは、前記ウェル内の培地または流体連通する培地における状況を監視する少なくとも一つのさらなるセンサー、例えば、溶存酸素および／またはｐＨセンサーが提供される。
【００４２】
好ましくは、前記システムのセンサーからの温度、ｐＨ、溶残酸素などのデータ、または前記細胞の実体が露出する前記培地における状態に関連する上述のその他のセンサーからデータを記録するデータロギング手段と、前記システムの正常機能およびそれが置かれている環境状態を測定する内部および外部温度センサーなどの、システムの他の部分にあるセンサーと、運動または有害事象を検出するために提供されてもよい加速度計および姿勢検出装置と、携帯電話インターフェースまたは無線データインターフェースなどの前記電気機器と遠隔システムとの間の通信を可能にする通信手段と、ＧＰＳ位置検出手段のうちの一つ以上が提供され、上記手段は、前記電気機器および前記デバイスの動作を監視または制御する働きをし、その位置を記録し、状況および位置情報を遠隔ステーションに伝えることができる。
【００４３】
上述の好適な機能は、前記デバイスの一部として、あるいは前記装置または電気機器の一部として提供されてもよい。
【００４４】
さらなる実施形態において、本発明の前記輸送システムは、前記装置または前記デバイスの内部の温度を安定させるための手段をさらに備え、
冷却体などのヒートシンクのための収容領域を備える熱的絶縁外側ハウジングと、
安定する温度未満の温度で維持されるヒートシンクと、
前記ヒートシンクと前記デバイスとの間の熱的絶縁領域と、
前記デバイスまたはその周囲領域の温度を感知し、熱を前記デバイスに供給する手段と、
センサー入力に応じて、前記デバイスの温度を制御するための制御手段と、
を備える。
【００４５】
好適な実施形態において、前記ヒートシンクは、前記装置に導入される前に冷却されてもよい材料またはアセンブリを含む冷却体を備える。
【００４６】
別の実施形態において、前記ヒートシンクは、前記外側絶縁ハウジングの外側に熱を分散する働きをする熱交換器を備える。
【００４７】
好適な実施形態において、前記デバイスおよび熱供給手段は、前記冷却体が配置される外側の閉鎖される熱的絶縁内側領域内に配置される。
【００４８】
好適な実施形態において、前記冷却体は、前記内側絶縁領域の周囲に実質的に分配される。
【００４９】
好適な実施形態において、前記冷却体は、前記デバイスが保持される所望の温度未満で潜熱を吸収または放出するように構成される、ゲルなどの相変化または共晶物質を含む。
【００５０】
前記デバイスヒーターおよび制御手段は、前記冷却体の温度を上回る設定温度に前記デバイスを維持するために必要な加熱の量を調節する。前記ヒーターの前記電気入力は、前記絶縁から前記冷却体への熱損失の割合との関連で前記制御手段によって制御される。
【００５１】
代替実施形態において、前記冷却体は、冷凍庫または冷蔵庫で事前に冷却されるのに適したその他のいかなる材料であってもよく、搬送前に前記装置に装着可能である。そのような材料は、液体または固体であってもよく、好ましくは、即時に対応および前記装置に容易に装着するように設計される副構成要素の中に含まれる。
【００５２】
好適な実施形態において、システムは、前記冷却体が前記デバイスに装着される前と後に、前記デバイスが配置される領域の温度を監視するための手段を付加的に備え、前記デバイスに制御温度プロファイルが発生するようにする。
【００５３】
好適な実施形態において、前記装置は、前記冷却体の温度を感知し、前記制御手段によって読み込まれる一つ以上の温度センサーを備える。このセンサーからの出力は、前記輸送モジュールの状況を監視するため、ならびに前記熱供給手段を制御するために使用されてもよい。
【００５４】
好適な実施形態において、前記制御手段は、前記輸送モジュール、前記外側絶縁ハウジングの外部の環境、前記外側絶縁ハウジングの内側の領域、前記内側絶縁ハウジングの内側の領域、前記デバイス、前記デバイス内の前記培地、前記装置内に提供される培地のためのいかなる貯蔵容器、および前記装置内の培地の温度、のうちの一つ以上の温度を感知する働きをし、
センサー入力に応じて加熱および／または冷却手段を制御して、事前にプログラムされるまたは後に伝達される指示に従って、温度または温度プロファイルを制御する働きをし、
輸送中に前記輸送モジュールの状態を記録し、任意で伝達する働きをする、
プログラムを備える。
【００５５】
前記細胞の実体のための前記ウェルはいかなる形状であることも可能であるが、前記細胞の実体を保持するための指定領域を形成する場合に限る。
【００５６】
本発明は、ほんの一例として、以下の付随の概略図を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
図１は、ベース１２および蓋１４を備えるデバイス１０を示し、１つ以上のクリップ、クランプ手段、またはその他の保持デバイス１６を共に有する。ベース１２は、図１の２４で示されるように、該当する対象物を収めるような大きさである培地３０が浸された一つ以上のウェル２０が形成される表面１８を有する。蓋１４は、蓋がベース上に組み合わせられてウェル２０の含有物を保持する際に、表面１８に対して密封する表面２２を有する。ウェル２０は、対象物を収めるためにいかなる適切な形状であってもよく、図１では直線上の側面および平らな底面を有するが、テーパ状または階段状であってもよく、円形の底面を有してもよく、いかなる断面形状であってもよい。デバイス１０は、外部環境とガス交換可能なように構成される。一実施形態において、デバイスの全部または一部は、ＰＤＭＳなどのガス透過性であるが液体不透過性である材料から作製される。ＰＤＭＳは、ガスの溶解性が高く、水性液体の溶解性が低いため、ウェルの細胞内含有物の代謝のために適切な厚さの材料を横切って、継続して酸素および二酸化炭素が十分に輸送可能である。代替の実施形態において、蓋またはベースは、ガスの輸送を支持するが細孔に水性液体を通さない疎水性の有孔性材料から作製される。このような材料は、いくつかの形状で存在するが、特に適切であると考えられるものは、有孔性焼結ポリエチレンまたはポリプロピレンであり、例えば、商標が「ＶＹＯＮ」あり、英国レクサムにあるＰｏｒｖａｉｒ社製の材料が挙げられる。この材料は、構造的に頑丈であり、高いガス輸送係数を有する。
【００５８】
ゆえに、一実施形態において、蓋１４は、疎水性の有孔性材料から全体が形成され、これにより、ベース１２に対して十分密閉されるような強度を有することになり、液体含有物を損失しないようにウェル２０を密閉するようにしながらも、ウェルの内部には蓋を介してガス拡散が可能になる。代替実施形態において、例えば、図２に示されるように、蓋は、剛体の非有孔性の主要構成要素２８に保持されるガス透過性であるが液体不透過性である材料から形成される副構成要素２６を備えてもよい。
【００５９】
任意で、ベースおよび蓋は、例えば、蓋およびベースの領域の間で密に嵌合または接着することによって、デバイスを保持せずに結合される。
【００６０】
デバイス１０本体は、いかなる数のウェル２０も収めるように適切であるいかなるサイズであってもよい。デバイスは、マイクロプレートハンドラーまたは顕微鏡用スライドホルダーなどの標準のバイオテクノロジー機器と相互に作用するように標準サイズに有利に形成される。
【００６１】
ウェル２０は、図２のように対象物ごとに大量の培地を含有するような大きさであってもよく、または図１のように少量であってもよい。一つ以上の対象物がウェルに収容されてもよい。図２のようなウェル２０のテーパ状の外形は、対象物をピペットでウェルの底面の中央に配置してより容易に見えるようにした後に、堆積してウェルに配置するためのいくつかの実施形態において有利であり、特に、ウェルが大きく、可視化が自動的または半自動的に行われる場合に有利である。ベース１２は、透明材料から形成されることが好ましく、ウェルの底面から倒立顕微鏡による可視化を可能にするようにする。蓋の材料は、透明または半透明であってもよく、上部からの照明を可能にする。好適な実施形態において、蓋は、半透明である有孔性焼結ポリエチレンから形成され、ベースは、透明のポリスチレン、アクリル、または別のポリマーから形成される。ウェルの底面を下回るベース１２の厚さは、観察に使用される光学に適合するように選択されることができる。
【００６２】
好適な実施形態において、ウェル２０は、該当する対象物を収めるようなサイズであり、従来技術の同様の装置と比べると含まれる培地は少量である。一般的に、ウェルは、１Ｅ−６μｌから１００μｌの間の体積を有し、一般的な最小寸法は、１０μｍから５ｍｍの範囲内である。さらに好ましくは、胚、卵母細胞、および卵丘・卵母細胞複合体などの対象物については、一般的な寸法は、５０から５００μｍの範囲内であり、ウェルは、１Ｅ−３μｌから１００μｌの範囲内の体積を有し、最小寸法は、１００μｍから５ｍｍの範囲内である。共通の培地スペースにおける多数のその他の細胞の培養について、これらの寸法も適切であるが、少数の細胞の培養については、寸法がより小さいことが好ましく、ウェルの容積は、１Ｅ−６μｌから１μｌの範囲内で、最小寸法は、１０μｍから１ｍｍの範囲内である。
【００６３】
好適な実施形態において、ベース１２は薄く、倒立顕微鏡上に置かれる際に優れた光学的特性を可能にし、ウェルの含有物とベースの下の表面との間に優れた熱接触を提供するため、デバイスが伝熱面または冷却面に置かれる際に含有物の温度を厳密に制御することができる。
【００６４】
使用の際、ウェル２０は培地３０で満たされ、対象物２４は、手動またはロボットによるピペット操作器具を使用してその中に沈着される。多数のウェル２０が、標準の形式で形成され、ＳＢＳ規格のマイクロウェルプレートなどの標準のグリッドで配列されることにより、ロボットによるピペット操作器具と容易に接続するようにしてもよい。ベースおよび蓋は、ウェルに泡を閉じ込めないで蓋をベースに容易に適用できるように構成される。これは、蓋およびベースの表面の少なくとも一部分を親水性にすることにより、顕微鏡用スライドおよびカバースリップを使用する標準的な技術において実行可能であるので、密閉する前に、培地によって表面が湿水し、滑り運動によって余分な培地が蓋およびベースに移動するようになる。図３ａに示される好適な実施形態において、ベース１２の表面１８は、その表面の少なくとも一部分が疎水性であるように作製され、図３ａの位置３２のようなレベルまでウェルが満たされる際に、表面よりも盛り上がるウェル内の培地のメニスカス３４を可能にする。次に、蓋が所定の位置に配置されると、泡がウェル内に閉じ込められないような方法で、メニスカスを交差し、表面張力を壊すようにして、蓋１４が適用される。表面１８は、全体的に疎水性でもよく、あるいは図３ａの３６で示されるように、部分的またはパターン化して疎水性であってもよい。次に、メニスカスは、示されるように疎水性および親水性の領域の間の接合部分で表面１８を交差してもよい。
【００６５】
クリップ手段１６は、図１、２、３ｂ、および３ｃにおいて単純なバネクリップで示され、実際には、そのような単純なクリップは、デバイスと共に使用されてもよく、そのクリップは、蓋が所定の位置に置かれた後に手動で適用される。具体的には、デバイスが、自動液体および／またはマイクロプレート処理装置と共に使用される場合に、当技術分野において既知であるプレスクランプまたは電磁クランプなどの、その他の形状のクリップまたはクランプを使用してもよい。
【００６６】
図３ｂは、平面図を示し、図３ｃは、図１〜３ａにおける断面図と同様である、さらなる実施形態の平面図におけるＣ−Ｃにおける断面図を示し、ガス環境とウェル内の培地との間における交換が、ウェルに近接してベースに形成される一つ以上のガス供給チャネル７０によって容易になり、ベースの材料を介して即座にガス分子が拡散するようになる。本実施形態は、ウェルおよびガス供給チャネルがＰＤＭＳで形成される場合に特に有利である。好適な実施形態において、ベース１２は、基板１１および本体構成要素１３を備え、好ましくはＰＤＭＳまたはガス透過性の高い別のポリマーで形成される。基板は、本体構成要素の全体または一部から拡張してもよく、構造的な構成要素を形成せずにベースの副構成要素であってもよい。例えば、当技術分野で既知であるように、基板は、ガラスまたはポリカーボネートであり、ＰＤＭＳ層がそれにプラズマ結合される。ガス交換チャネルは、ガス供給のために、周囲のガス雰囲気に単純に開放されてもよく、あるいは一つ以上の流体コネクタ７１によって接合されてもよい。図３ｂおよび３ｃに示されるように多くの個別のチャネルが使用されてもよく、あるいは、蛇行状であるいくつかの実施形態において、より少ない数のチャネルでより多くの数のウェルの近隣を通るようにしてもよい。チャネルは、基板１１の厚さを介して形成されて、その主要表面で開放するようにしてもよく、あるいは、本体構成要素１３を介して拡張して、その主要表面で開放するようにしてもよい。
【００６７】
図４は、本発明のさらなる好適な実施形態を示し、ウェル２０は、ベースの表面１８と蓋の表面２２との間で形作られる共通の流体スペース４０と流体連通している。蓋は、スペース４０の周囲にある任意の密封手段４４を使用して、ベースに密封されてもよい。隣接するウェルの間に存在する表面１８と２２との間の領域４２は、ウェルの間の拡散経路であり、隣接するウェルの中の対象物がウェルから出て接触できないように構成されるが、スペース４０の流体を介して化学的に連結するように構成される。領域４２は、単純に、対象物を閉じ込めるのに十分狭いスペース４０の一部であってもよい。別の好適な実施形態において、領域４２は、拡散輸送を可能にする透水性材料により全体的にまたは部分的に占められており、例えば、培地により浸水するが、対象物が通過するには狭すぎる細孔を有する親水性の有孔性材料が挙げられる。そのような材料は、デバイスが移動または衝撃を受ける場合、または温度勾配を被る場合に、培地の物質的な流れを制限するようにも有利に機能し、対象物を輸送するためのデバイスにおいて有利である。適切な材料として、親水性になるように処理された有孔性焼結ポリエチレンが考えられる。例として、上記のようなＰｏｒｖａｉｒ社のＶＹＯＮ  ＴＭが挙げられる。多孔性ではないが透水性であるその他の材料も適用可能であり、例えば、対象とする形態でウェルの間の蓋の表面上またはベースの表面１８に、当技術分野で既知の手段で形成可能なヒドロゲルポリマーが挙げられる。代替実施形態において、ウェル本体は、ヒドロゲルなどの透水性のポリマーで形成される。
【００６８】
図４のデバイスは、ウェル内の対象物およびウェル間の拡散の連結性の対象とする度合いに適合するような大きさであることができる。ウェルの間のスペース、スペース４０および領域４２の深さ、および領域４２にある拡散特性（該当する場合）は全て、ウェルの間の拡散連結性を制御し、対象とする目的に適合するように選択されることができる。デバイスが、胚ではなく細胞に使用される場合、拡散制限物質を領域４２に使用することによって、最小寸法が細胞より小さいスペース４２の高さの制限を緩和するため、特に有利である。
【００６９】
さらなる実施形態において、領域４２の材料は、活性であるように、つまり経時的および／またはその環境に応じて変化するように選択される。例えば、材料は、拡散特性が水和によって変化し、水和の度合いが増えると拡散係数が増加する、ゆっくりと水和するヒドロゲルポリマーのグループから選択される。本実施形態において、ウェルは、まず個別に隔離され、経時的に徐々に拡散的に連結される。これは、輸送中に隔離された対象物の培養から共有の培養に変更する状況に変更したい場合に潜在的に有利であり、具体的には、培地の組成が、変更されることによって、輸送中に培養を進行する場合に有利である。同様に、架橋性の低いゲル組成などのゆっくりと溶解する材料を領域に使用すると、経時的に拡散通路を開放する。領域４２を部分的にのみ満たすが、経時的に徐々に膨れるヒドロゲル層を提供すると、所望の拡散連結を着実に制限する。
【００７０】
図５ａは、デバイスおよびウェルの含有物の温度を監視および／または制御するための手段が提供される、さらなる好適な実施形態を示す。デバイスは、実質的には図４に示される実施形態であるが以下の機能を備え、例えば、その機能は、その他の図面に示されるような本発明のデバイスにも備えられてもよい。デバイスは、電気機器５０の配置場所に配置されて示され、デバイスを加熱および／または冷却する働きをする熱交換手段５２と接触している。保持デバイス１６は、図示されるが、デバイスと熱交換手段との間の熱的接触を良好に維持するのに適したいかなる形状であることも可能である。デバイスには、ウェル２０内の培地または共通スペース４０と接触、あるいはそれに近接する一つ以上のセンサーが提供され、培地の状態を感知することができる。図５ａにおいて、薄膜熱電温度計または抵抗温度計の形状である二つの温度センサー５４、５６が、蓋１４の表面２２上に形成されるように示される。これらは、二つ以上の接触トラック５８、６０によって、スプリングピン６２、６４の形状で示される外部の接触手段に連結され、デバイスと電気機器５０との間を電気的に接続する。薄膜の金属製温度センサーの場合、導電要素を培地から絶縁することが重要であるため、薄い絶縁コーティング６６が少なくとも培地に露出する導電領域に提供される。デバイス上の一つ以上の温度センサーにより、熱交換手段と連動して制御手段（図示せず）を使用し、培地の温度を厳密にフィードバック制御することができる。
【００７１】
代替実施形態において、温度センサーは、ベース１２に装着または連結して提供される。センサーは、ウェルの底面またはスペース４０の近くのベースの表面１８上またはベースの材料内に配置されてもよい。
【００７２】
さらに、一つ以上の温度センサー６８は、デバイスのベースまたは蓋の上に装着可能で、その外部温度を監視する。デバイスが、閉鎖および隔離された環境において使用される場合、効果的に等温になるように設計することが可能であり、外部デバイス温度は、培地の温度に対して十分近似である。
【００７３】
図５ａにおいて、熱交換手段５２は、電気ヒーター、ペルチェ素子、中を流動する流体によって加熱または冷却される金属ブロックであってもよい。デバイスのベース１２上の温度さえも維持するように使用される能動的手段であってもよく、デバイスと手段５２の両方が、気流などの熱源によって加熱される。ペルチェ素子が使用される場合、手段５２は、当技術分野において既知であるヒートパイプまたは外部ラジエータなどの熱伝導またはヒートシンク手段を付加的に備え、外部環境から出入りして熱を伝えてもよい。
【００７４】
さらに、代替として、一つ以上の液体流路が、ベースおよび／または蓋の材料により全体的にまたは部分的に形作られて提供され、その中を流体がデバイスの温度を維持するために流れる。例えば、液体流路は、図５ａの７０における断面図で示されるようにベースの材料内で形作られてもよい。このような流路は、ウェルと近接近させるようにデバイスのベースの中を通って蛇行状であってもよく、あるいは、ウェルのグループの周囲に沿って流れてもよい。流体は、デバイスから離れたヒーターにより一定の温度に維持されるか、電気機器５０に制御されることが好ましい。
【００７５】
図５ｂは、図５ａに示される実施形態の平面図を示し、蓋が所定の位置に置かれた時にデバイスの内部がわかるように蓋が透明材料から成ることを前提としている。明確にするために、クランプ１６は図示されていない。図５ａは、図５ｂのＡ−Ａに対応する断面図である。５ｘ４列の２０のウェルが図示される。ウェルのいかなる数または形状も本発明の範囲内であることが理解されるだろう。温度センサー５６は、上述からわかるように、接触手段６２と接触している接触トラック５８とともに蓋の材料を介して可視的に図示される。特定の実施形態におけるさらなる機能は、図５ｂの点線で示されるような液流チャネル７０であり、その中に加熱または冷却液が通過してもよい。好ましくは、このようなチャネル７０は、下方からの十分な可視性を保持するためにウェルの底面の下を直接通過しない。このようなチャネルが有するパターンは、均一な温度分布を提供する熱流の必要性によって決定される。ゆえに、配列は、ウェルを交差するのではなくウェルの軸の間を選択的に、ウェル領域に近接またはウェル領域を介する蛇行状であるのが望ましい。
【００７６】
図６ａおよび６ｂは、電気機器からデバイスに電気的接続が形成される、デバイスのさらなる実施形態を示す。図６ｂは、実施形態の平面図であり、図６ａは、図６ｂのＤ−Ｄにおける断面図である。上述のように、スプリング接触６２、６４を使用することで、デバイスのベースに形成または装着しウェルに隣接して配置される抵抗温度計５８の形状である温度センサーに接触される。センサー５８は、図６ｂの平面図に示されるようにウェルの一側面に配置されるのが好ましく、図６ａの描写においては、ウェルおよびベースの構成要素に対して一般的に垂直にセンサーが配置されることが示され、二つ以上の副構成要素層１３および１５であって、そのうちの片方に接触のための金属トラック、センサー、またはその他の構成要素が形成または装着可能である副構成要素層１３および１５から形成されるベース１２の実際的に有用な構造を図示する。図６ｂにおいて、ウェルに近接して通り、好ましくはデバイス領域上のエネルギー密度に近くなるように配列される、ヒータートラック８４が示される。さらなる標準的な接触手段８６を使用してヒータートラックに接触することができる。ヒータートラックの配列および一つ以上のセンサーは、デバイス上のウェルのレイアウトに適合するように変更可能であることが正しく理解されるだろう。
【００７７】
図７は、本発明のシステムの実施形態を示し、ベース１２および蓋１４から形成されるデバイス１０と、制御された状態下でデバイスの輸送を可能にするように構成され、デバイスが中または上に配置される電気機器５０とを備える。電気機器は、熱交換手段５２、一つ以上の電気接触手段６２、デバイスおよび／または電気機器と連結されるセンサーから信号を受信し、デバイスおよび／または電気機器の動作を制御する働きをする制御手段７２、および電源７４を備える。好適な実施形態において、電気機器は、デバイスと流体連通しているまたは流体連通させることが可能で、ガスの貯蔵容器としての役割を果たすガス貯蔵容器を備え、電気機器およびデバイスが外部のガス源から遠隔にあっても培地における溶解ガスと交換することができる。ガス貯蔵容器は大気圧で動作してもよく、または超過気圧で動作してもよい。図７において、電気機器は、ガススペース７８の形状のガス貯蔵容器を備える蓋７６を有する。蓋は、デバイスの周囲にガス密シールを形成することが可能で、蓋は、一つ以上のポート８０、８２を有することにより、ガスでスペースを洗浄可能にし（一般的に５％の二酸化炭素／大気）、蓋が閉められた時にスペース内のガスを隔離可能にすることができる。
【００７８】
上記の実施形態は、制御された量の培地における固定位置に、対象物を一つずつまたはまとめて保持する働きをし、任意で対象物間において拡散される。さらなる特定の好適な実施形態において、デバイスは、対象物を浸す培地の組成を、時間の関数または外部刺激に応じて変更するように構成される。
【００７９】
図８ａから８ｄは、本発明の実施形態を示し、デバイス内またはデバイスと流体連通して、例えば、デバイス上の一つ以上のウェル内において、個々の除放構造の動作によってウェル内の培地の組成が変化する。図８ａから８ｄにおける全ての実施形態において、デバイスの他の部分（図示せず）およびシステムにおいてデバイスとともに使用可能な電気機器は、本明細書に記載のいかなる実施形態にも一致する。
【００８０】
図８ａは、対象物２４が存在するウェルにおいて制御放出構造１００を備える第一の実施形態を示す。構造１００は、徐々に溶解するコーティング物質１０４（例えば、砂糖）に囲まれる、培地に添加される物質１０２から成る内核を備える。このような多層組成は薬物送達の技術においてよく知られており、多くの適切な物質および運搬媒体が入手可能である。物質１０２は、培養プロセスにおいてそれ自体が活性でもよく、培地における物質の有効性と結び付くように働くか、それを除去する働きをしてもよく、あるいはその両方であってもよい。言うまでもなく、培地添加後すぐに放出が開始されるべき場合には、コーティング物質１０４は省略可能である。図８ｂは、ウェルの第一の部分に対象物を配置し、ウェルの第二の部分に構造１００を配置する働きをするテーパ状または階段状の断面を有するウェルを示す。図８ｂにおいて、対象物は、ウェル１０８の狭い下部に配置され、一方、構造１００は、広い上部１０６に保持される。図８ｃは、その代わりに、さらなる実施形態のウェルを示し、構造１００がウェルの特定部分に配置されるように設計される形に形成され、ウェルおよび対象物に対して放出プロセスを限定した形状を提供する。図８ｃにおいて、構造はディスク状であり、ウェルの上部で保持されるが、対象物の沈殿物は底部に保持される。このような構造は、可溶性の層またはクロージャにより不溶性の本体部分から形成されてもよく、経時的に破壊されて含有物を放出する。図８ｄは、さらなる実施形態を示し、上層において放出制御物質１０４に被覆される物質１０２がウェルの底部に堆積される。本実施形態において、ウェル３０は、培地を満たす前に物質１０２およびコーティング物質１０４の組成および厚さによる放出のタイミングをプログラミングする準備を整える。
【００８１】
その他の設計の放出構造は、当技術分野に精通する者には明白であり、本発明のデバイスおよび方法で使用されてもよい。具体的には、放出される物質は、例えば、徐々に拡散して液体と接触して透水性になるヒロドゲルなどのバリア物質により全体的または部分的に被覆されることができる。
【００８２】
図９ａおよび９ｂは、デバイス１０の一部として形成される事前に準備された構造によって制御放出が達成される、二つのさらなる実施形態を示す。図９ａにおいて、デバイスは、ウェル５０内の培地に添加される物質１０２を含む貯蔵容器１１０本体を備える。貯蔵容器は、流体経路１１４を介して、ウェルと流体連通し、その流体経路１１４は、ベース１２と蓋１４との間の接触面を通過するように形作られてもよく、あるいはベース本体の中を通って形成されてもよい。貯蔵容器は、ベースの表面１８で開放されるウェルの形状であることが有利であり、その中には、蓋をはめる前に培地がピペットで入れられてもよい。貯蔵容器の中における物質１０２は単独であってもよく、あるいは貯蔵容器において物質１０２が培地１１２へ拡散するのを遅らせる放出制御物質１０４に被覆または混合されてもよい。物質１０２が溶解されると、流体経路１１４を介してウェル３０に自由に拡散される。物質１０２をウェル３０内の培地に添加する添加プロセスは、物質１０４、貯蔵容器の寸法、および流体経路によって調節される。一般的に拡散は徐々に進行するが、一般的にそれは培養培地を変更するには必要なことであり、実際には本発明の本実施形態の有利な機能となっている。流体経路１１４は、貯蔵容器およびウェルに連結する経路であってもよく、あるいは親水性の有孔性材料、ヒドロゲル、または上記図４の実施形態で説明されたものと同様のものなどの、拡散および／または対流を制御する物質に全体的または部分的に満たされてもよく、また、その特性が経時的に変化して拡散を増大または減少させるという点において活性であってもよい。例えば、制御物質１０４は、スペース１１４に存在してもよい。図９ｂは、さらなる実施形態を示し、貯蔵容器がウェルに隣接して、中に含まれる物質１０２が徐々に拡散する多孔性または透水性の要素１１６によってウェルに連結される。添加の時間スケールは、ここでは物質１１６によって制御され、配列の形状によって、より均一に物質をウェル５０に導入することができる。
【００８３】
図１０は、対象物の培養および輸送に適合している本発明のさらなる実施形態にかかるデバイスを示し、ウェル内の培地は変化可能であるが、対象物は流れ、物的移動、および衝撃に逆らってウェル内に保持される。図１０において、単一のウェルおよび連結する流体チャネルが示されるが、その他の好適な実施形態において、多数のウェル、図１０に示されるチャネルおよびその他の機能から形成される流体経路の各部が同一のデバイスに含まれ、任意で一つ以上の共通の流体チャネルから流体が供給されることが正しく理解されるだろう。
【００８４】
デバイス２００は、ベース２０２および蓋２０８を備え、ベースは任意で基板２０４から形成され、第一の本体部分２０５および第二の本体部分２０６は、永久的に連結される。ベースは、対象物２４を含有するように事前に構成されるウェル２０を備える。蓋２０８は、ウェルにアクセスするように取り外し可能であり、蓋が所定の位置にある場合は、流入ポート２１０、流入チャネル２１２、ウェル２０、流出チャネル２１４、流出ポート２１６を備えるデバイスを通る流体経路を密封する。流入および流出ポートは、接続手段２１８を介してデバイスの外部につながるように図１０に示される。あるいは、デバイスの一部として形成される一つ以上のさらなる流体チャネルと流体連通してもよいが、好適な実施形態においては、図１０に示されるものと類似したその他の流れシステムに通じる。また、デバイスは、図１０に示されるような各流れシステムの流入および流出ポートから流体を供給またはそこに流体を受け取るための一つ以上の流体貯蔵容器を備えてもよい。流体経路は可逆的であり、ここで言及される流入口は、流出口およびその反対としても使用してよい。対象物２４は、ウェルの底面に近接した流入チャネルに形成される、ウェルから対象物が離れないようにする働きをする第一のくびれ領域２２０と、ウェルの出口の経路に形成される第二のくびれ領域によってウェル内に保持され、図１０に示されるように、第一および第二の本体部分２０５、２０６の間に形作られるが、その他の実施形態においては、ベースの表面と蓋の表面との間に形成されてもよい。好適な実施形態において、図１０に示されるように、ウェル２０は、テーパ状または階段状の外形を有し、小さい断面寸法の内部領域２２４および大きい断面寸法の外部領域２２６を備える。蓋およびベース本体構成要素２０６のうちの一つが、順応性材料から形成されることにより、蓋とベースに設けられた大きい凹部２２８が密に取付けられ、外部の固定具を使用する必要なく蓋を所定の位置に保持できる。ウェルに取付けられた蓋の部分は、ウェルを閉鎖する働きをする。
【００８５】
図１０のデバイス２００は、成形または機械加工により形成された本体部分２０５、２０６上に基板２０４を接合することによって形成されてもよく、成形により形作られるウェルおよび流体経路の機能を備える。例えば、本体部分はＰＤＭＳから成形され、基板はガラスまたはポリマーから成形されてもよく、本体部分は、当技術分野で既知であるプラズマ活性接合により基板に接合される。本体部分は、例えばＰＤＭＳから形成されて、接合されてもよい。好適な実施形態において、第一および第二のくびれのうちの片方または両方は、本体部分２０６に挿入される別々に成形される構成要素によって全体的または部分的に形作られる。くびれのうちの片方または両方は、挿入部２３０内において形作られてもよく、一つまたは両方は、挿入部と基板２０４、第一の本体部分２０５、または第二の本体部分２０６との間のスペースによって形作られてもよい。本実施形態において、２０５で示される第一の本体部分は、図１０において斜交平行で示される挿入部２３０に減少し、第一の本体部分２０４の残りの部分は、第二の本体部分２０６に組み込まれる。くびれのうちの片方または両方は、挿入部２３０内において形作られてもよく、一つまたは両方は、挿入部と基板２０４、第一の本体部分２０５、または第二の本体部分２０６との間のスペースによって形作られてもよい。代替実施形態において、基板、第一および第二の本体部分が、アクリルまたはポリカーボネートなどの剛体材料から成形され、積層され、圧力接合され、または接着接合される。第二の本体部分２０６が順応性材料から成る実施形態において、蓋は、アクリルなどの硬質ポリマーから成形されてもよい。第二の本体部分が剛体である実施形態において、蓋は、例えば、ＰＤＭＳなどの順応性ポリマーから成形されてもよい。
【００８６】
この形状の構造は、結果として形成されるデバイスが光学的に透明で、倒立顕微鏡を使用して良質の平面基板を介して観察できるという有利性を有する。
【００８７】
図１１は、図１０の実施形態の平面図を示し、基板２０４の高さにおける平面を示す。任意のセンサー２４０が示され、基板２０４上に形成または装着され、トラック２４２、２４４によって接触端子２４８に接続される。センサーは、任意で温度センサーであり、二つの接触金属から伝熱温度計として、あるいは一つの金属から抵抗温度計として形成されてもよく、両方の場合において、薄い上層２４６（図１０参照）によって流体チャネルにおける培地から電気的に絶縁される。センサーは、流出チャネル２１４において示されるが、流体チャネル、ウェルの近く、またはそこから離れたデバイス内の他の場所に同様に配置されてもよい。２つ以上のセンサーが提供されてもよい。センサーは、例えば、残存酸素またはｐＨについてのセンサーなど、温度センサー以外のものでもよく、その場合、上層２４６は、金属電極２４２、２４４に感知される種のアクセスを制御するように、あるいは所望の特性を感知する電気活性膜としての働きをするように活性であってもよい。上層２４６は、抵抗がｐＨに応じて変化するポリマーであってもよく、あるいは電位がｐＨまたはその他のイオン濃度に応じて変更する電気活性膜であってもよい。この場合、多層構造は、当技術分野において既知であるように、電極上のセンサー領域において形成されてもよい。
【００８８】
好適な実施形態において、多数のウェルおよび連結する流れシステムが、デバイスの一部として存在し、その場合、図１１は、デバイスの部分的な平面図を示す。トラック２４２、２４４および接触２４８が、デバイスのいかなる位置にも形成されることができる。
【００８９】
図１２は、本発明のさらなる実施形態にかかるデバイスを示し、本発明の電気機器の構成要素の概略図を示す。本実施形態において、デバイス３００は、流体スペース４２と流体連通する一つ以上のウェル２０を備え、このスペースは、流入ポート３０２からデバイスを通り、スペース４２を通って流出ポート３０４へ続く流体経路の一部を形成する。流体経路は、それに沿って流動する流体をウェル２０内の培地と接触させて、ウェル内の物質がスペース４２の流動液体の物質と交換可能にする。これにより、流入ポートに流入された流体に応じて、ウェル内の培地を更新することができ、組成を変更することができる。デバイスは、一つ以上の温度センサー３３０を備えることが好ましく、その温度センサーは、スペース４２およびウェル２０における培地と熱的接触するように配置され、上述のようにトラックおよび接触手段を介して接続される。デバイスは、ヒーターブロックとしてこの図において示される、温度センサー３１６およびヒーター３１８を備える熱交換手段５２と接触して、配置場所または電気機器５０に配置される。流体接続は、二つ以上のコネクタ３２４によってデバイスに形成され、この図において、デバイスのコネクタ手段３２６に押し込まれて構成されるように示されるが、従来のＬｕｅｒまたはネジによるＨＰＬＣおよび「フライングリード」チューブをはじめとするいかなる適切な形状もとってよい。
【００９０】
電気機器５０は、デバイスと連動して動作するための流体供給および流れ手段を備え、一つ以上の液体貯蔵容器３０６、ポンプ手段３０８、排水貯蔵容器３１０を含み、その貯蔵容器は、圧力を均等にするために通気孔３１２、３１４を備える。二つ以上の貯蔵容器３０６が提供されてもよく、その各々が異なる培地を有し、別の含有物が経路を介して流動開始する前に、その含有物が流体経路を介して実質的に完全に流動するようにするように流体経路に順番に接続され、あるいは、どの貯蔵容器が流体経路に接続されるかを選択するバルブ手段を備える。次に、ポンプは、事前に設定されたプログラムに応じて、あるいはデバイスまたは電気機器で検出された状態に応じて、流体経路を介して培地を流動させ、培地をウェル２０と交換する。電気機器は、内部の温度センサーおよびヒーターを使用することで熱的に安定され、具体的には、液体貯蔵容器３０６は、絶縁および熱的に安定されて、流体における温度状態を制御するようにすることが好ましく、例えば、温度センサー３２０およびヒーターブロック３２２を備える。制御手段３４０は、センサーからの出力を検出し、ウェルにおけるヒーターを制御して事前に設定された温度または温度分布維持し、事前に設定されたプログラムに応じて培地の流れを制御する。
【００９１】
図１３は、本発明のシステムの概略図を示し、デバイスを介して流体を提供する上述の実施形態のうちのいずれにもおけるデバイス、およびデバイスと共に使用する電気機器を備える。電気機器は、デバイスおよび流れシステムの全体またはその他の部分を含む絶縁エンクロージャ４０２を備える。絶縁エンクロージャには、デバイスおよび流れシステムの全体またはその他の部分が含まれる。絶縁エンクロージャは、デバイス４００を挿入するように開放可能であり、二つ以上の絶縁区画を備えてもよく、その絶縁区画の温度は、熱交換手段３２２によってまとめてまたは別々に制御される。デバイス４００は、上述のように、ヒーター３１８および温度センサー３１６が備えられる熱交換ブロック５２に装着されるが、熱交換ブロックは、冷却可能であってもよく、また、ヒートシンク、あるいはシステムの一部として統合される冷却ユニットに冷却水を循環させるチャネル（図示せず）を備えるブロックに連接される、ペルチェ素子を備えることが可能であってもよい。流れシステムは、培地４０４、４０６のための一つ以上の貯蔵容器、ポンプ３０８、デバイスのポートに流体接続した流入フローライン４０８および流出フローライン４１０、ならびに排水貯蔵容器４１２を備える。ポンプは、デバイスの流入側にあってもよく、あるいは、４１４の点線で示されるように流出側にあってもよい。
【００９２】
本発明のシステムのための流れシステムに関する好適な実施形態は、図１３に示される。一般的な状況において、培養の過程において第一の培地を第二の培地に変更する必要がある。図１３における流れシステムは、バルブが培地を選択する必要無しで、一つだけのポンプでこれを実行可能にする。貯蔵容器４０４は、ポート４２０およびバルブ４２２を介して第一の培地に満たされており、貯蔵容器４０６は、ポート４２４およびバルブ４２６を介して第二の培地に満たされている。貯蔵容器４０６は通気孔４３０を介して通気され、排水貯蔵容器４１２は、通気孔４３２を介して通気される。流体チャネル４２８は、貯蔵容器４０６への出口に任意でキャピラリー停止を有するように構成され、貯蔵容器４０４を満たす間に培地１で満たされる。キャピラリー停止手段は、流れ圧力の無い状態で、培地１が貯蔵容器４０６に入らないことを意味する。いくつかの実施形態において、バルブがチャネル４２８を閉鎖するように提供されてもよい。その場合、ポンプ３０８は、貯蔵容器から培地を引き出し、デバイスを介して流動させる。デバブラー４３４は、システムから泡を回収するために任意で提供される。いくつかの実施形態において、バルブは、チャネル４２８を閉鎖するように提供されてもよい。次に、ポンプ３０８は、貯蔵容器から培地を引き、デバイスを介して流動される。デバブラー４３４は、システムから泡を回収するために任意で提供される。あるいは、バルブ配置は、流入フローライン４０８に提供され、システムに流体を引き込み、培地の流れが開始する前に泡を取り除いてもよい。貯蔵容器４０４が空になると、貯蔵容器４０６の含有物がそこに入り、順番にポンプを介して引かれてデバイスに流入する。貯蔵容器は、流動中の混合を制御するように高アスペクト比から作製されることが望ましい。
【００９３】
絶縁ハウジング４０２は、貯蔵容器、デバイス、またはその両方における培地とのガス交換のためにガス雰囲気を含むように気密であってもよい。したがって、貯蔵容器は、このプロセスを支援するために通気孔を提供されてもよく、その通気孔は、例えば、有孔性の疎水性ポリマーから作製される。あるいは、通気孔は、外部雰囲気に通気してもよい。バルブ４２２および４２６は、好適な実施形態において、ポート４２０、４２４における手動の密封キャップに置き換えられ、貯蔵容器に空気を閉じ込めないように密封可能であるように配置される。
【００９４】
図１３のシステムは、システムのさまざまな部分において温度を監視および制御する、ならびに流れを制御し、デバイスの一部または流れシステムのその他の部分をとして備えられるさまざまなセンサー監視する役割を果たす制御手段３４０が提供される。
【００９５】
デバイス、電気機器、および流れシステムのその他の構成は、本発明のシステムにおける使用のために構想される。例えば、当技術分野において既知である流れシステムは、多数の貯蔵容器が共通のフローラインに接続されており、それぞれに連接するバルブまたはそれぞれに連接する個々のポンプ手段によって制御されて流動するものであり、それも使用されてもよい。システムのためのポンプ手段には、移動ポンプ、貯蔵容器内のガス圧あるいは機械的作動または外部流体圧力による貯蔵容器の壁の変形による培地の加圧、または当技術分野において既知であるその他の手段を含む。
【００９６】
貯蔵容器、ポンプ手段、およびその他の流れ要素は、デバイス本体に統合されてもよく、あるいはデバイスおよび流れシステムの全部または一部は、輸送モジュールまたは電気機器およびシステムの残りの部分が内部に取付けられる部分組立品に統合されてもよい。
【００９７】
図１４は、共通部分は同じ番号が付けられている、図１３にかかるシステムの実施形態の概略図である。システム４５０は、輸送モジュールまたは電気機器（図示せず）内に装着されるデバイス４００を備え、その電気機器は、流れシステム、制御手段、および電源（図示せず）の構成要素を収容する絶縁ハウジング（図示せず）を有する。デバイスおよび貯蔵容器は、電気機器の反対側に示されるが、これは単に概略であり、それらは実用的な配置で存在可能であり、システムは、輸送中にいかなる方向でも動作することを目的としているため、図１４における配置は、事実上関連している。実用的な実施形態における貯蔵容器は、貯蔵容器を閉鎖する際に液体を通気孔に移動させるストッパー４５４、４５６によって閉じられる。いくつかの実施形態において、システムの構成要素は、好ましくは、システム全体の温度を均一に維持するような導熱性である、物質４５２の固形ブロックにおいて装着または形成される。あるいは、システムは、動作中に、内部が効果的に均一な温度であるように十分に絶縁される。電気機器は、クリップおよびヒンジで閉鎖および任意で密封されるように設計される、一つ以上の蓋４６２、４６４によって閉鎖される。好適な実施形態において、システムは、デバイスと流体連通してガス貯蔵容器としての役割を果たすガススペースを備え、任意でバルブが付けられる一つ以上のガス流入口４７０が、輸送前に、外部ガス供給４７２からガススペースに流して満たすために提供される。図１４において、このスペース４６８は、蓋４６２内に存在するように示されるが、その他の場所に位置してもよい。スペースは、加圧されてもよくまたは大気圧でもよい。あるいは、ガス貯蔵容器が、システムの他の部分から閉鎖し、いくつかの実施形態においてデバイス本体に形成される特定のガスラインおよびチャネルを介してガスをデバイスに供給する働きをするように、別々に提供されてもよい。
【００９８】
さらなる実施形態において、デバイスは、マイクロチップベースまたは磁気ベースのメモリシステムなどのメモリを付加的に備え、デバイスに関するデータおよびその内容が記録、読み込み、保存、デバイスとともに輸送可能にする。好適な実施形態において、メモリおよび付随する制御回路は、デバイス上にまたはデバイス内に装着され、必要に応じて電源も装着される。メモリシステムは、デバイスから離れた状態で電気接触、無線、または光通信によりその他のシステムに接続されてもよく、あるいは磁気的に記録および読み込みされてもよい。好適な実施形態において、メモリシステムは、デバイスで使用中の対象物および培地に関する識別、履歴、内容、次の作用、および動作情報に関する情報を含む。
【００９９】
メモリシステムは、電気機器の制御システムと独立してまたは共同でデバイスの機能を制御する働きをするデバイス制御システムを備えてもよく、例えば、デバイスの特定のウェルにおける対象物の状態を表示し、デバイス全体、対象物全部、または単にいくつかのウェルの場合におけるユーザーによる介入を促進または阻止する。
【０１００】
好適な実施形態において、デバイスは、例えば、顕微鏡によるデバイス上の対象物の観測に関連するさらなる制御手段と連動して動作可能であり、顕微鏡制御手段は、デバイスのウェル内の対象物の詳細、培地の状態、実験観察、および次の作用の指示を、デバイスおよび電気機器を備えるシステム、さらなる実験者、またはその両方によって、デバイスにおいてメモリから読み込みまたはメモリへ書き出しすることができる。好適な実施形態において、デバイスのメモリシステムは、デバイスおよび／または電気機器の使用および動作を制御するために、実験情報システムと相互作用し、使用の追跡、状況の記録、または記帳またはその他の規則作用への順守を確実にする。
【０１０１】
上記の実施形態は、その例は当技術分野において既知である電子システムのデバイス上またはデバイス内に装着されることを必要とし、上記の実施形態のいくつかに開示されたような電気接触の提供を必要とする。あるいは、無線通信は、デバイス、電気機器、または別のデバイスから離れたシステムの間で形成されてもよい。どちらの場合も、デバイス上またはデバイス内のメモリシステムを装着するのに必要な設計は、標準的であり、当技術分野において既知である。
【０１０２】
さらなる実施形態において、電気機器は、以下のうちの一つ以上を付加的に備える。
【０１０３】
システムのセンサーからの温度、ｐＨ、溶残酸素などのデータ、または胚が露出する培地における状態に関連する上述のその他のセンサーからデータを記録するデータロギング手段。
【０１０４】
システムの正常機能およびシステムが置かれている環境状態を測定する内部および外部温度センサーなどの、システムの他の部分にあるセンサー。
【０１０５】
運動、衝撃、または有害事象を検出するために提供されてもよい加速度計および姿勢検出装置。
【０１０６】
携帯電話インターフェースまたは無線データインターフェースなどの電気機器と遠隔システムとの間の通信を可能にする通信手段。
【０１０７】
ＧＰＳ位置検出手段。
【０１０８】
上記手段は、電気機器の制御手段と共に、電気機器およびデバイスの動作を監視または制御する働きをし、その位置を記録し、状況および位置情報を遠隔ステーションに伝えることができる。
【０１０９】
本発明の輸送システムを配置し、任意でその状態およびその中の対象物の状態に関する情報を受領可能であることは、輸送における損失または遅延の場合に有益である。上記機能によりこれが可能になる。
【０１１０】
胚のためのウェルを有するデバイスを備えるシステムは、胚を輸送するために提供され、そのウェルは、蓋によって閉鎖され、上述の輸送モジュールまたは電気機器は、以下の役割を果たす。
胚の温度を制御する。
ウェル内の培地の組成を任意で制御する。
制御されたガス環境を任意で提供する。
デバイスの状況を記録する。
電気機器の他の部分の状況を記録する。
電気機器の外部の状況を任意で記録する。
特定の実施形態において、電気機器は、電気機器およびデバイスの動作を監視または制御、あるいはその位置を記録、ならびにデータを遠隔位置に送信する働きをすることが可能なＧＰＳ位置ロガー、携帯電話インターフェース、無線データインターフェースなどの、電気機器と外部装置との間の通信手段を備える。
【０１１１】
本発明の目的は、制御温度でペイロードを輸送するための装置および方法を提供することであり、従来技術の装置における欠点が克服される。そのような欠点には、温度調節機能乏しいこと、温度が一定範囲から出る前の耐久性が短いこと、４日以上の要求の耐久性を達成するにはサイズが大きくおよび／または重量が大きいこと、温度を０℃近くに維持し、サンプルがまず装置に取付けられてこれに反作用するように導入された装置の動作に迎合する際にサンプルを凍結しようとする輸送装置の冷却傾向があること、平均大気を越える温度を維持し、温度上昇に長時間耐える温輸送装置機能が欠落していること、が挙げられる。従来技術の装置は全て、上記のうちの少なくとも一つを被る。平均大気温度は、約１０〜２５℃の範囲の平均温度として以下において定義される。
【０１１２】
ＮａｇｌｅによるＵＳ６０２０５７５は、平均大気温度以上で搬送することを目的とする装置を開示し、内部空間を形作る外側絶縁層を有し、内部空間に近接する電気ヒーターおよび共晶物質（または「相変化物質」、ＰＣＭ）を備え、共晶物質は、加熱作用を助ける役割をすることを目的としている。
【０１１３】
ＲｉｘによるＵＳ６８２２１９８は、内部電気ヒーターおよび冷却パックを入れる絶縁ハウジングを備える輸送装置を開示する。ヒーターに対する冷却パックの位置は、開示されておらず、ヒーターと冷却パックとの間の絶縁はない。この装置は、冷却パックの間の接触を防止する機能は備えていないので、ヒーターによる冷却パックの非制御な加熱を潜在的に被り、使用時に、耐久性が変わりやすくかつ潜在的に短く、また、非制御の温度勾配は、ヒーターと冷却パックとの間のチャンバ内に存在する。
【０１１４】
ＮａｄｅｕｒによるＷＯ０３／１０１８６１は、ペイロードを取り囲んで接触するＰＣＭを備える本体を含む搬送装置を開示し、融点Ｔｃを有するＰＣＭは、ペイロードの保存温度と実質的に同じである。この装置は、ＰＣＭがＴｃに達すると温度の安定を維持するが、ＰＣＭを凍結させるためには、何らかの方法でＴｃ以下に冷却する必要がある。ＰＣＭをＴｃまで暖めるためには、調節、つまり暖める必要があるが、それには時間がかかりエラーを出しやすく、ＰＣＭの多くが有する融解の範囲を広げると、ＰＣＭの冷却能力の相当部分を無駄にすることになる。特にＯＣに近接して動作する装置については、水性のペイロードが凍結する危険性があり、それは生体サンプルのために回避すべきである。
【０１１５】
従来の技術において、大容量の冷却剤と、冷却剤を凍結するために−１５℃から−２０℃の従来のフリーザーを使用する性能とを組み合わせる輸送装置は知られておらず、その設計は、ペイロードが０℃以下に冷却されることを防ぐ一方、内部温度を０℃に近い温度にする。
【０１１６】
例えば、生きた生体サンプルを温度範囲３７〜３９℃で輸送するために、平均大気温度を越える温度で動作する温度制御輸送装置が既知である。これらの装置は、通常、絶縁および内部加熱手段、例えば、予熱したＰＣＭまたは電池パックで充電された電気ヒーターなどに依存し、バッテリーまたはＰＣＭの容量および絶縁によって制限される耐久性を有する。生体物質の小規模な輸送に適合された従来技術の装置には、冷凍能力がないが、高い大気温度において過熱する傾向があり、温暖な気候に輸送する過程に直面する可能性が高い。
【０１１７】
温度感受性物の過熱保護は、ＨｏｆらによるＵＳ４４２５９９８によって開示され、絶縁外側ハウジングに取り囲まれる温度感受性物よりも少し低い融点Ｔｃである塩の形状で、ＰＣＭの層を提供する。Ｈｏｆらによる配置は、ペイロードからの熱流束（Ｔｃを越える）が保護塩を融解する傾向があるので、加熱されたペイロードの保護には適していない。しかしながら、塩の融点が動作温度を下回われば下回るほど、外側絶縁が良好になるので、断熱がより良くなるが、加熱されたペイロードに融解される塩の傾向は大きくなる。本発明は、内側絶縁層を提供し、絶縁およびＰＣＭパラメーターの有利な組み合わせを選択したことによりＨｏｆらの設計とは異なっている。
【０１１８】
本発明は、制御温度でペイロードを郵送するための装置を提供し、外側ハウジング、外側絶縁領域、熱吸収材などのヒートシンクを有するヒートシンク領域を備え、いくつかの実施形態においては、装置に導入する前に予冷してもよい冷却体などのヒートシンク要素、内側絶縁領域、および加熱ペイロードを備える。その装置は、ゼロ未満から平均大気温度を大幅に越える範囲におけるいかなる所要の温度でも動作するように構成されることができる。
【０１１９】
第一の好適な実施形態において、装置は、３７〜４１℃の範囲などの平均大気温度を越える温度で、例えば、培養細胞、胚、または卵母細胞などの細胞の実体の培養および輸送ために使用するように構成され、本実施形態において、ヒートシンクは、熱吸収材料の形状であることが好ましく、高い大気温度に長時間さらされることによって生じる加熱から装置を保護する働きをする。
【０１２０】
第二の好適な実施形態において、装置は、例えば、組織サンプル、器官、血液、または血液製剤、あるいは温度感受性薬物またはその他の化学薬品の輸送のために、０〜１０℃の範囲などの平均大気温度未満で使用するように構成され、この構成において、ヒートシンクは、装置から可逆的に取り外し可能な一つ以上の容器において熱吸収材料の形状であることが有利であり、装置に導入される前に冷却されてもよい。
【０１２１】
上記実施形態のいずれかにおいて、熱吸収材料は、ペイロードの所望の制御温度よりも低い転移温度を有する相変化物質（ＰＣＭ）または共晶物質であることが好ましい。高めの温度の場合、ＰＣＭは、好ましくは、１０℃〜１℃の範囲の転移温度を有し、さらに好ましくは、５℃〜２℃、つまり、所望の動作温度未満でわずかな温度保護を可能にする範囲である。低めの温度の実施形態の場合、わずかに過熱であることは、あまり重要ではないので、ＰＣＭは、好ましくは、１０℃〜０℃未満の範囲の転移温度を有し、さらに好ましくは、所望の動作温度未満の４℃〜１℃の範囲である。１℃〜４℃の範囲で使用するための具体的な好適な実施形態は、転移温度が０℃に近い水性の熱吸収材料を使用する。
【０１２２】
図１５は、装置の第一の実施形態の概略の断面図を示す。装置５００は、ベース５０２およびベースに密着して所定の場所に配置または閉鎖手段（図示せず）によって閉鎖される蓋５０４を備える。装置は、外側ハウジング５０６を備え、外側絶縁領域５０８および熱吸収材料を有するヒートシシンク領域５１０を備える。好適な実施形態において、熱吸収材料は、ペイロードの所望の動作温度以下の平均転移温度を有するように選択される相変化物質（ＰＣＭ）を含む。装置は、ヒートシンク領域とペイロードスペース５１４との間に配置される内側絶縁領域５１２をさらに備える。ペイロードスペースは、蓋５０４を開けることによって開放されてアクセスし、好適な実施形態において、装置から可逆的に取り外し可能なペイロードユニット５１６を備える。ペイロードユニットは、ペイロード５２０、ペイロードを過熱するヒーターユニット５２２、制御手段５２４、および電源（例えば、電池）５２６を保持する内側ハウジング５１８を備える。制御手段は、温度センサー５２８によりペイロードの温度を測定する。いくつかの実施形態において、センサー５２８はペイロード本体に装着され、その他の実施形態においては、ペイロードはペイロード容器（図１５に図示せず）に収容され、ヒーターは、ペイロード容器を加熱し、温度センサーは、ペイロード容器またはペイロード本体に装着されてもよい。図１５におけるヒーターおよびペイロードの配置は概略であるので、その他の配置も可能であり、例えば、ヒーターがペイロード内に位置付けられてもよく、その周りに分配されてもよい。また、制御手段は、センサー５３０で大気温度を読み込むことも好ましい。
【０１２３】
好適な実施形態において、絶縁領域のうちの一つまたは両方は、一つ以上の真空断熱パネル（ＶＩＰ）を備える。外側ハウジングは、例えば発泡スチロール（ＥＰＳ）などの絶縁および／または衝撃吸収材料を付加的に備えてもよい。
【０１２４】
使用の際、ヒーターは、大気への熱流束に対してペイロード温度を制御する。大気が制御温度未満であると、熱は、内側絶縁、熱吸収材料、および外側絶縁を介して失われる。熱吸収材料は、絶縁よりも高い熱容量を有するように選択され、熱を吸収および発散することによって大気へ／からの熱流束を和らげる働きをする。熱吸収材料がＰＣＭである場合、ＰＣＭは、転移温度または転移温度に近い温度で熱の貯蔵容器としての役割を果たす。装置の動作は、胚の培養に適したペイロードの制御温度が３８℃である例によって示される。図１５の装置の特定の有利点は、熱吸収材料が、高い大気温度に対して保護するように働く。転移温度Ｔｃが３０〜３５℃であるＰＣＭが使用されるのが好ましい。大気温度がＴｃを大幅に下回る場合、ＰＣＭは凍結し、内側および外側絶縁領域の間の伝導リンクとしての役割を果たす。大気への熱損失率は、主に絶縁領域の熱抵抗の合計によって決まる。大気温度がＴｃを上回ると、熱は、大気からＰＣＭへ流動し、これが徐々に融解し熱を吸収するため、ペイロードへの熱流束を実質的に防ぐ。最後に、ＰＣＭは、全体的に融解すると、もう一度効果的に伝導リンクとしての役割を果たし、過熱温度保護は消耗される。この時点で、ペイロードの温度は、上昇し始める。大気温度がＴｃを下回ると、ＰＣＭは徐々に凍結し、ある程度の過熱保護は回復する。
【０１２５】
Ｔｃを上回る大気温度における耐久性は、熱吸収領域の熱容量および外側絶縁領域の熱抵抗によって決まり、これらは、装置の保護ならびにサイズおよび重さの間で有利に譲歩するように選択される。内側および外側絶縁領域の熱抵抗の合計は、低い大気温度での特定のバッテリー容量のためヒーターの所要電力および装置の耐久性を決定する。熱吸収材料がＰＣＭである場合、過熱保護が作用するようにするために、ＰＣＭは、装置が標準の大気温度である場合に実質的に凍結するべきである。約３５℃のＴｃであるＰＣＭの３８℃で動作する装置の好適な実施形態において、外側絶縁領域は、内部領域よりも低い熱抵抗を有することが好ましい。これは、ＰＣＭが３８℃よりも平均大気温度に近いように保たれることによって、ＰＣＭが凍結し続けることを意味する。しかしながら、外側の熱絶縁が小さくなればなるほど、過熱に対して保護を維持するために必要なＰＣＭの熱容量が大きくなる。内側および外側絶縁がＶＩＰを備える好適な実施形態に関して、トレードオフは、ＶＩＰの厚さおよびＰＣＭの厚さ（および質量）にある。３７〜４０℃の範囲における制御温度に適合するような装置の典型的な実施形態において、内側と外側の絶縁の厚さ率は、１：１と４：１の間であることが好ましい。平均大気温度に近い制御温度で動作するように設計された実施形態において、最適比は異なり、ＰＣＭのＴｃはより低く、全体の絶縁のより多くの割合が有利にＰＣＭの外側に配置され、過熱状態におけるＰＣＭへの熱伝導が遅くなる。外側と内側絶縁の割合は、装置の設計要件に応じて選択される。
【０１２６】
３７〜４０℃の範囲の制御温度で動作するように構成された装置の典型的な実施形態において、熱伝導が０．００４２Ｗ／ｍＫであるＶＩＰ（ドイツ、ブルツブルグにあるＶａ−Ｑ−Ｔｅｃ  ＧｍｂＨ社製のＶａｑ−ＶＩＰ）およびＴｃが３５℃で潜熱容量が９９ｋＪ／ｌｉｔｒｅ＝５００ｋＪ／ｍ２であり、厚さが５ｍｍのパネル（ドイツ、ハンブルグのＲｕｂｉｔｈｅｒｍ  ＧｍｂＨ社製のファイバーボードにおけるＲｕｂｉｔｈｅｒｍ  ＲＴ３５）であるＰＣＭを使用して、内側と外側の絶縁の厚さの割合は、約１：１と約４：１の間になるように選択されてもよい。好適な実施形態の実例が与えられたが、これらに限定されないことが理解される。これらの材料を使用する好適な実施形態は、５〜１５ｍｍの厚さの範囲の外側のＶＩＰ、５〜１０ｍｍの厚さの範囲のＰＣＭ層、および外側ＶＩＰの厚さの１から４倍である内側のＶＩＰ層を有する。好適な実施形態は、約５ｍｍの厚さの外側の絶縁ＶＩＰ、８ｍｍの厚さのＰＣＭ層、および約２０ｍｍの厚さの内側ＶＩＰを有する。この組み合わせによって、５０℃の大気温度に対して制御温度３８℃で約８時間、電気機器の輸送のために過熱保護が与えられる。さらなる好適な実施形態は、約８ｍｍの厚さの外側の絶縁ＶＩＰ、５ｍｍの厚さのＰＣＭ層、および約１７ｍｍの厚さのＶＩＰを有する。また、この組み合わせによっても、５０℃の大気温度に対して制御温度３８℃で約８時間、装置のための過熱保護が与えられる。
【０１２７】
図１５の実施形態において、ヒートシンク領域は、装置の周囲で実質的に広がるように示され、ヒートシンク領域の熱吸収材料は、外側および内側の絶縁領域の間に均一に分配される。本実施形態において、大気熱エネルギーが外側のハウジングの優先的に一面に到達した場合、例えば、日光からの熱は、その面からまず、ヒートシンク領域の隣接する熱吸収材料に流動する。ある一定の量の熱は、局地的に過熱された熱吸収材料から、隣接する面の材料へと伝導されるが、これは、熱吸収領域の熱伝導率によって限定されないが、それが薄い場合、または熱吸収材料が分離したパネルの形状である場合には限定される。したがって、代替実施形態において、熱吸収材料、例えば、パネル形状におけるＰＣＭは、熱発生率の高い領域から熱を伝導する働きをする導電性材料、例えば金属の層によって接触される。さらなる好適な実施形態において、熱吸収材料は、外側および内側の絶縁と間の局所領域に提供され、例えば金属などの熱伝導性の材料の層は、内側の絶縁の内部を実質的に取り囲んで提供され、外側絶縁の内側から熱吸収材料の領域まで熱を伝導する働きをする。この種の好適な実施形態において、熱吸収材料の総量は、熱吸収材料が装置の各面の本来の場所に提供されて、その面に到達した熱を吸収する実施形態に比べると、削減されてもよい。
【０１２８】
装置は、いかなる所望の形であってもよく（しかし、長方形の面の製造が一番容易である）、当技術分野に既知であるさまざまな材料およびさまざまな方法により製造してもよい。絶縁領域は、装置の各面または一つ以上の連続パネルを外側ハウジングに適合するように形成するために、ＶＩＰまたは別々のパネルから形成されることが好ましい。適切なパネルの供給者の例として、ドイツ、ブルツブルグにあるＶａ−Ｑ−Ｔｅｃ  ＧｍｂＨ社製の「Ｖａ−Ｑ−ＶＩＰ」、米国、カリフォルニア州、コスタメサにあるＴｅｃｈｎａｕｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．社製の「ＶａｃｕＰａｎｅｌ」、米国にあるＴｈｅｒｍｏＳａｆｅ  Ｉｎｃ．にあるＶＩＰ（無銘柄）が挙げられる。ＶＩＰは、例えば耐穿刺性プラスチックから形成される薄い保護層またはライナー（図１５に図示せず）によって保護されることが好ましい。ヒートシンク領域で使用される適切な熱吸収材料の例として、例えば、ドイツ、ハンブルグのＲｕｂｉｔｈｅｒｍ  ＧｍｂＨ社製の「Ｒｕｂｉｔｈｅｒｍ」などのシート状のＰＣＭが挙げられ、さまざまな厚さおよびＴｃ値で入手可能であり、高耐久性の輸送ハウジング内でＶＩＰパネルと近接配置で容易に組み立てられてもよい。ヒーター、温度センサー、制御手段、および電源は、当技術分野で既知である種類である。制御手段は、マイクロプロセッサおよびプログラミング手段を備えることが好ましく、例えば、ヒーター、バッテリー充電、温度およびその他のセンサーからのログ読込みを制御するなど動作プログラムを装置の制御動作に提供し、入力および出力機能を提供する。
【０１２９】
図１６は、本体５０２および可逆的に開放可能な蓋５０４を備える装置５００のさらなる実施形態を示す。装置は、外側ハウジング５０６、外側絶縁領域５０８、および熱吸収材料を含むヒートシンク領域５１０を備え、それらは共に、内側の絶縁スペース５４０を形作る。内側の絶縁ユニット５４２は、好適な実施形態において、装置から可逆的に取り外し可能であり、ペイロードスペース５１４を形作るハウジング５１８および内側絶縁領域５１２を備える。内側の絶縁ユニットは、ペイロード５２０およびヒーター５２２、制御手段５２４、および電源５２６をさらに収容する。制御手段は、ペイロードの温度、あるいは、ペイロードがさらなる容器（図示せず）に収容される実施形態においては、任意で容器の温度を表示する温度センサー５２８を読み込む。好適な実施形態において、制御手段は、大気温度センサー５３０を読み込む。また、制御手段は、任意で、ヒーターの温度を測定する追加の温度センサー５４８、および／またはヒートシンク領域の温度を測定する５５２、および／または内側絶縁領域の内部の温度を読み込むさらなる温度センサー（図示せず）を読み込む。図１６における実施形態において、センサー５３０および５５２からのリード線５５０および５５４は、絶縁およびヒートシンク領域の中を通って、内側の絶縁ユニット５４２の中に入り、このようにして、リード線は、延長されるまたはプラグを抜くことによりユニット５４２を取り除くことができる。いくつかの実施形態において、ペイロード本体上のセンサー５２８は省略され、代わりに、ペイロードの温度を制御するために使用されるセンサー５４８から読み込まれる。
【０１３０】
好適な実施形態において、内側の絶縁ハウジング５４２は気密であるため、ガス環境が、装置の他の部分からスペース５１４において維持可能になる。これは、例えば、ペイロードが、ｐＨ制御のために二酸化炭素雰囲気を必要とする培地において培養細胞、胚、卵母細胞などを含む場合に有利になる。この場合、内側の絶縁ハウジングの蓋５４４は、内側ハウジングのベースに対するガスケットまたはＯリングの圧密シールを有することが好ましい。バルブ５６０によって閉鎖されるガス流入口５５８、およびバルブ５６４によって閉鎖されるガス流出口５６２は、ガス雰囲気を内側のハウジング５４２に導入するために提供される。電力線コネクタ５５６も、気密であるように構成される。
【０１３１】
図１５および１６の実施形態において、制御手段および電源は、内側の絶縁内にあるように示される。そのどちらかまたは両方が装置の他の部分に存在するという実施形態が、本発明に含まれることが理解されたい。好適な実施形態において、その両方は、外側の絶縁と内側の絶縁との間、または、外側ハウジング５０６と外側絶縁との間に位置付けられる。
【０１３２】
図１７は、さらなる実施形態を示し、制御された温度およびガス環境において細胞、胚、または卵母細胞などの細胞の実体を収容および培養するように構成されるマイクロ流体デバイスなどの、流体デバイス５７０の形でペイロードを収容および輸送するように構成される。装置５００は、また、本体５０２、蓋５０４、外側ハウジング５０６、外側絶縁領域５０８、ヒートシンク領域５１０、および内側絶縁領域５１２を備え、それらは共に内側スペース５４０を形作る。内側のハウジング５１８は、本実施形態において気密で、スペース５４０または大気におけるガス雰囲気とは異なるガス雰囲気を含むペイロードスペース５１４を形作る。ガス流入口５５８、流入バルブ５６０、流出口５６２、および流出バルブ５６４は、装置が閉鎖されると、装置の外からスペースにガスが流動することを可能にする。好適な実施形態において、ハウジング５１８は気密の蓋５８６によって閉鎖される。いくつかの実施形態において、蓋５８６は、ペイロードスペース５１４から分離してもよい上部ペイロードスペース５２２を形作る。図１７において、二つのスペースは、相互に開放であるように示される。制御手段５２４および電源５２６は、いかなる前述の実施形態（図示せず）のように温度センサーを備えて、上述のように提供される。
【０１３３】
図１７における実施形態は、液状の培地をデバイス５７０に流動することを可能にする流体回路を有し、制御バルブ５７４、５７６を各々に有する流体貯蔵容器５７１、５７２、ポンプ５７８、デバイスへの流入ライン５８０、排水貯蔵容器５８４に通じる流出ライン５８２を備える。
【０１３４】
本実施形態および前述の実施形態において、加熱手段は、電気ヒーターであることが望ましい。代替実施形態において、加熱手段は、装置の他の部分にある電気ヒーターなどの熱源から、マイクロ流体デバイス５７０の本体における加熱チャネルを介した流動流体によって、ペイロードを加熱する働きをする流体熱伝導手段を備える。
【０１３５】
図１８は、さらなる実施形態を示し、平均の大気温度以下にペイロードスペースの温度を制御するように構成される。本体６０２および蓋６０４を含む装置６００は、外側ハウジング６０６および外側絶縁領域６０８を備え、それらは共に内側スペース６０９を形作り、そのスペース内に、装置から可逆的に取り外し可能な一つ以上のヒートシンク要素６１０を収めるヒートシンク領域を備える。装置は、内部ユニット６１６をさらに備え、その内部ユニットは装置から取り外し可能であり、内側絶縁領域６１２、ペイロードスペース６１４を備え、内側絶縁領域の外部にハウジング要素（図示せず）をさらに備える。図１８において、ペイロード６２０は、蓋付きのペイロード容器および内部のペイロード含有物（図示せず）を備える。本実施形態は、第一のサンプル容器の周囲に第二の格納容器を必要とする、組織サンプル、生検、体液、およびその同様なものなどの生体物質の輸送用に構成される。図１８に示されるペイロード容器は円筒形であるが、いかなる形状のペイロードまたはペイロード容器も本発明の範囲内である。ペイロードスペース内の少なくとも一領域は、ヒーター６２２によって加熱され、好適な実施形態において、例えば、図１８の円筒形のペイロード容器を密接して収容するような円筒形の構成によって、ペイロードの周囲に部分的または全体的に配置される。ヒーターは、ヒーターに隣接して示される温度センサー６２８からのセンサー入力に応じて、制御手段６２４によって制御されるが、温度センサーは、例えば、ペイロード容器と近接近またはペイロード容器内、あるいはペイロードに隣接、その上に装着、またはその中などの他の部分に配置されてもよい。さらなる温度センサー、例えば、大気温度センサー６３０は、制御手段によって提供されてもよく、任意で読み込まれてもよい。代替実施形態において、大気センサー６３０は、Ｍａｘｉｍ  Ｉｎｃ．社製の「ｉ−ｂｕｔｔｏｎ」またはＨｅａｔｗａｔｃｈ  Ｉｎｃ．社製の「ｈｅａｔ  ｂｕｔｔｏｎ」などの自律センサーであり、内部ユニット６１６とセンサーとの間の接続６３２が必要ないという利点を有する。電源６２６は、ユニット６１６内に提供され、ユニット６１６が電力線接続６２７を使用して装置から取り外される際に、電力線に接続されてもよい。
【０１３６】
例えば、組織サンプルの輸送などの適用のために、温度範囲０〜１０℃で使用するように構成される好適な実施形態において、ヒートシンク要素６１０は、水性の冷却剤を含む。その要素は、スペース６０９においてヒートシンク領域に合うように構成される瓶の形をとってもよく、あるいは代替実施形態において、ヒートシンク領域に合うような形で柔軟に詰められて凍結されるゲルパックであってもよい。使用の際、好適な実施形態において、ヒートシンク要素は、従来のフリーザーで凍結され、フリーザーからすぐに絶縁ハウジングに配置されてもよい。ペイロード、ヒーター、制御手段、および電源を備える内部ユニットはバッテリーを有してもよく、そのバッテリーは、装置外で充電され、内部ユニットに関する制御を使用して所望の温度に事前設定され、次にヒートシンク要素に隣接する装置に挿入されるセンサー６２８は、内側絶縁領域６１２からヒートシンクへの伝導による温度低下を検出し、制御手段は、ペイロードスペースを加熱して、ヒートシンクからの冷却を防いで所望の温度を維持する。蓋６０４が取付けられると、装置は輸送されてもよい。ヒートシンクが約０℃に到達すると、温度はほぼ一定に維持され、ヒーターは、次に、制御温度と０℃との間での差を維持するように作動する。組織サンプルに適切であるような例えば２℃などの低い制御温度の場合、内側絶縁領域があるためにこれを実行するには低電力で済むが、従来技術の輸送システムは、そのような内側絶縁領域を備えていないため、一定のバッテリー容量の結果として生じる短い耐久性および冷却能力の早期損失からより高電力が必要になる。外側絶縁６０８は、冷却剤を融解から絶縁する役割を果たし、内側絶縁は、ペイロードとヒートシンク６１０との間の温度勾配を制御する。
【０１３７】
本実施形態において、サンプルが凍結して劣化する危険性を伴わずに、サンプルが０℃に維持できることが大いに有利である。また、ペイロードの温度が、４℃の水で緩和または０℃を越える転移温度のＰＣＭを使用することにより０℃を上回って維持される従来技術の輸送装置と比べると、本発明の装置は、一定のサイズおよび重さについて大幅に長い耐久性を有する。緩和のために使用される水は、単位体積および質量当たりの冷却能力にほとんど貢献せず、例えば４〜６℃の転移温度を有するＰＣＭは、より低い一定の潜熱とより低い密度を両方持ち合わせているため、単位体積の潜熱は、水の半分程にも低い。さらに、従来技術の非加熱輸送装置でＴｃが０℃を越えるＰＣＭを使用する際でも必要である冷却剤の前処理（部分解凍）が必要ないことから、輸送プロトコルにおける起こり得る失敗の重大な原因を回避する。
【０１３８】
大幅に０℃を上回る制御温度は、上記の実施形態で達成されてもよいが、ヒーターに必要な電力は増大する。大幅に０℃を越える動作のための好適な実施形態は、さらに絶縁性の内側絶縁領域６１２を備えてもよい。好適な実施形態において、ＰＣＭは、一定の輸送耐久性に必要とされるバッテリー容量を最小限にするために、所望の制御温度以下の限定された温度範囲内のＴｃ値を有するヒートシンク要素において使用される。例えば、８〜１５℃の温度範囲で作動するように構成された好適な実施形態においては、４℃〜８℃のＴｃを有する相変化物質が氷の代わりに使用されてもよく、１０℃以上の範囲については、５℃〜１０℃のＴｃを有する相変化物質が使用されてもよい。一般的に、好適な実施形態において、制御温度以下の約０℃〜２０℃のＴｃを有するＰＣＭが使用され、さらなる好適な実施形態においては１℃〜１０℃であり、最も好適な実施形態においては１℃〜５℃である。
【０１３９】
好適な実施形態において、外側絶縁が少なくとも一つのＶＩＰパネルを備え、さらなる好適な実施形態においては、装置の各面につき一つのＶＩＰパネルを備える。ＶＩＰの絶縁特性は、一定の大気条件における輸送人の対象とする耐久性に関して選択される。いくつかの実施形態において、ＶＩＰパネルは、内側絶縁領域にも使用される。好適な実施形態において、内側絶縁の要件は、外側絶縁およびその他の絶縁材の要件よりも厳しくなく、例えば、構造ポリマー発砲体が使用されてもよい。内部ユニットは、必要であれば、構造ハウジング（図示せず）に収容されてもよい。
【０１４０】
図１８の実施形態の実験装置は、熱伝導率が０．００４２Ｗ／ｍＫで２３０ｘ２３０ｘ２０ｍｍの厚さの６枚のＶＩＰパネル（Ｖａ−Ｑ−Ｔｅｃ  ＧｍｂＨ社製のＶａｑ−Ｑ−ＶＩＰ）と、２１０ｘ１６０ｘ４０ｍｍの４つのプラスチック容器によって形作られるヒートシンク領域に配置される、Ｔｃ＝０℃で潜熱容量が３３０ｋＪ／ｋｇである２．７ｋｇのアイス／ゲルパックとを有する外側ハウジングで構成された。内側絶縁は、熱伝導率が約０．０３Ｗ／ｍＫで、１１０ｘ１１０ｘ２１０ｍｍであるポリウレタンフォームのブロックであり、直径７０ｍｍの円筒形のペイロード容器がその中に軸方向に配置され、２０ｍｍの厚さの最小内側絶縁領域が提供された。
【０１４１】
５０Ｗの薄いシート状のヒーターは、内側絶縁の内部でペイロード容器６２０の周囲に装着され、制御温度が１℃に設定されたヒーター制御手段は、ヒーターに隣接した６２８で示される温度センサーと接続された。「ｉ−ｂｕｔｔｏｎ」温度ロガーがペイロード容器の内部に配置された。平均大気温度は２０℃であった。凍結したアイスパックは、ヒートシンク領域に−１８℃で配置された。ペイロード容器内の温度が約１０時間で１℃に到達し、７日（７日でテストは終了した）上回る耐久性のために１℃のうちの０．２５℃以内で維持された。７日を越える総エネルギー消費は、２．５ｋｊ（平均電力は４ｍＷ）であった。比較するために、同一のハウジング、外側および内側絶縁を使用するが活性加熱無しで、Ｔｃが４〜６℃で特定の熱容量が２．４ｋＪ／ｋｇで相対密度が０．８であるＰＣＭを容器に満たすために使用して−１８℃で装置に挿入される実験において、ペイロードの温度は、３時間以内で０℃未満まで下がった。４．２ｋＪ／ｋｇの特定の熱容量を有する電気加熱したアイスベースのゲルパックを使用しなければ、さらに短時間でペイロードを０℃未満に冷却することが予想された。Ｔｃ＝４〜６℃のＰＣＭを使用すると、ペイロード温度は急速に４℃まで到達し、４．５日後に着実に８℃に達するようになり、それを越えると、ＰＣＭは完全に溶けて温度は急激に上昇した。本発明の装置は、本発明の抗性無しの装置に比べると、短期間でのより優れた凍結に対する耐久性、より優れた温度調節、および一定のサイズと重さに関してさらに長い耐久性を有した。
【０１４２】
図１８の実施形態の代替実施形態は、本発明の範囲内である。例えば、追加のヒートシンク要素は、内部ユニット６１６の上および／または下に配置されてもよく、内側絶縁は、ペイロード容器６２０の上に付加的に伸びてもよい。
【０１４３】
図１９は、さらなる好適な実施形態を示し、装置６００は、図１８の実施形態の装置と共通する部分を有する。内部ユニット６１６は、内側絶縁領域６１２、ペイロード容器６２０、ヒーター６２２、および制御装置６２４を上述のように備える。ここで、ヒーターは、主にペイロードスペースの底に配置され、熱は、一つ以上の伝導要素６３４、例えば、ヒーターと良好に熱的接触する金属円筒によって、ペイロードスペースの周囲から伝導される。伝導要素の温度は、その要素と接触する温度センサー６２８によって制御されてもよく、任意で、ヒーターと接触する追加のセンサー６３８、ならびに必要に応じてペイロード容器内にペイロード６３６と接触する６４０に制御されてもよい。
【０１４４】
代替実施形態（図示せず）において、ヒーターまたは伝導要素は、ペイロード容器またはペイロード本体に内部で適合するような形で、それらの間の良好な熱的接触を提供してもよい。例えば、ヒーターまたは伝導体は、容器に適合するロッドの形状であってもよく、ペイロード容器の中央から放射状に外側に向かって、内側絶縁そしてヒートシンクに熱流束を提供する。
【０１４５】
図２０は、装置内の蓋付きの内側ペイロードスペースにペイロードを含むように構成される、さらなる好適な実施形態を示す。装置６００は、外側ハウジング６０６、外側絶縁領域６０８、装置の構造の一部として形成される本実施形態における内部ユニット６１６、内部仕切り６５４を備え、それらは共に、可逆的に取り外し可能なヒートシンク要素６１０、ならびに制御手段６２４および装置の本体を介して電力線接続６２７によって接続されることのある電源６２６を備えるスペース６５６を収める一つ以上のヒートシンク領域６０９を形作る。内部ユニット６１６は、（任意で）内側のハウジング６４４および内側絶縁領域６１２を備え、ベース６５０および可逆的に開放可能である蓋６５２を有し、それらはペイロードスペース６１４を形作る。ペイロード６２０は、スペース６１４に適合するような適切な形状の容器であるように示される。ヒーター６２２は、ペイロードスペース内に配置される。温度センサー６２８は、ペイロードスペースの温度を感知するために提供され、６３８は、ヒーターの温度を感知するために提供され、６４０は、ペイロード容器またはペイロード本体の温度を感知するために提供されてもよい。温度センサー６３０は、大気温度を読み込むために任意で提供される。制御手段６２４および電源６２６は、内側絶縁６１０によりペイロードスペースと分離され、仕切り６５４によってヒートシンク要素６１０から分離され、好適な実施形態において、その仕切り自体が制御手段および電源からヒートシンク要素に到達する熱を防ぐように絶縁する。本実施形態のように内側絶縁の外に電源が位置することにより、従来熱が内側絶縁を介して損失可能であったよりも、さらなる熱を電源が消散する場合、特に、バッテリー充電の場合に有利になる。いくつかの実施形態において、電源の部分（例えば、電力トランジスタまたはＩＣ）は、外側ハウジングと良好に熱接触するように配置されて、バッテリー充電時の分散を可能にしてもよい。
【０１４６】
図１８〜２０の実施形態において、ヒートシンク要素は、装置の別の部分から分離するように示され、フリーザーで容易に冷却できるようにしている。代替実施形態において、ヒートシンク要素は、装置、好ましくは内部ユニットの不可欠な要素として形成され、装置から可逆的に取り外し可能であるため、ユニット全部を取り外して冷却することができる。ユニットは、装置において一括して取り替えられてもよい。図２１における装置は、前述の実施形態と共通部分を有し、共通の番号が付けられている。本実施形態において、スペース６０９を収めるヒートシンクは、取り外し可能な内部ユニット６１６が収められるスペースと共通である。ユニット６１６は、外側ハウジング６４４、ヒートシンク領域６１０を備え、好適な実施形態においては、ＰＣＭ、内側絶縁領域６１２を備え、内側ペイロードスペース６１４を形成する。ユニット６１６は、ペイロードスペースへのアクセスを提供する蓋を有する。ユニット６１６は、使用前に取り外されて冷却され、熱吸収材料６１０をそのＴｃ未満にする。好適な実施形態において、ユニット６１６は、例えば、ユニットの底面でプラグ接続６５６によって装置に接続される。
【０１４７】
図２２は、ヒーターが装置の一部としてユニット６１６の外部に配置される代替実施形態を示す。ユニット６１６は、熱伝導要素６５８と熱的に伝達するサンプルスペース６１４を備え、好適な実施形態において、実質的に均一な温度をスペース６１４内で達成するように構成され、例えば、６１４の周囲に配置される。熱伝導要素は、ユニット６１６の外部と熱伝導領域６６０を介して、ユニット６１６が装置に挿入される際にヒーター６２２と熱接触するように熱接触手段６６２（図２２に図示せず）に熱接触する。このようにして、ユニット６１６は、電気接続を必要とせずに、受動要素であることが可能である。
【０１４８】
異なるＴｃを有するＰＣＭを使用することによって、異なる範囲の制御温度に適合した装置が構成可能であることを理解されたい。例えば、−４、−１、０、２〜６、３〜９、５、７、２０〜２２、２４、２６〜２８、２９、３２、３３〜３８、３５〜３６、４４〜４５、４８、５８の温度のＰＣＭが利用可能であることが既知である。０〜２０℃の範囲、好ましくはＴｃより１℃〜５℃高い制御温度での使用に適した装置が製造可能で、ペイロードの温度より上回るように電気加熱を使用して温度制御を達成することができる。各場合において、ＰＣＭとヒーターとの間の内側絶縁層の存在は、最適な性能を提供するには必須である。
【０１４９】
上記実施形態において、制御手段は、当技術分野に既知であるいかなる種類のものであってもよい。好適な実施形態において、制御は、外部デバイスと通信可能で、ＲＦ、ＩＲ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＳＢ、またはその他のケーブルによる接続をはじめとする当技術分野で既知である手段によってプログラムのアップロード、データのダウンロード、状況更新などが可能になる。
【０１５０】
さらなる実施形態において、装置は、以下のうちの一つ以上を付加的に備える。
【０１５１】
システムのセンサーからの温度、ｐＨ、溶残酸素などのデータ、またはペイロードの状態に関連する上述のその他のセンサーからのデータを記録するデータロギング手段。
【０１５２】
システムの正常機能およびシステムが置かれている環境状態を測定する内部および外部温度センサーなどの、システムの他の部分にあるセンサー。
【０１５３】
運動、衝撃、または有害事象を検出するために提供されてもよい加速度計および姿勢検出装置。
【０１５４】
携帯電話インターフェースまたは無線データインターフェースなどの電気機器と遠隔システムとの間の通信を可能にする通信手段。
【０１５５】
ＧＰＳ位置検出手段。
【０１５６】
上記手段は、装置の制御手段と共に、装置およびデバイスの動作を監視または制御する働きをし、その位置を記録し、状況および位置情報を遠隔ステーションに伝えることができる。
【０１５７】
本発明の輸送システムを配置し、任意でその状態およびその中の対象物の状態に関する情報を受領可能であることは、輸送における損失または遅延の場合に有益である。上記機能によりこれが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態にかかるデバイスの縦断面図を示す。
【図２】図２は、本発明の第二の実施形態にかかるデバイスの縦断面図を示す。
【図３ａ】図３ａは、蓋をデバイスに適用する方法を示す、第二の実施形態のデバイスの縦断面図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、さらなる実施形態のデバイスの平面図を示す。
【図３ｃ】図３ｃは、図３ｂのＣ−Ｃの線に沿った縦断面図を示す。
【図４】図４は、本発明の第三の実施形態にかかるデバイスの縦断面図を示す。
【図５ａ】図５ａは、本発明の第四の実施形態にかかるデバイスの縦断面図を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａに示される実施形態の平面図を示す。
【図６ａ】図６ａは、本発明の第五の実施形態にかかるデバイスの縦断面図を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａに示される実施形態の平面図を示す。
【図７】図７は、デバイスおよび電気機器を備える本発明のシステムの概略の縦断面図を示す。
【図８ａ】図８ａは、本発明のデバイスの第六の実施形態のウェルの縦断面図を示す。
【図８ｂ】図８ｂは、本発明の第七の実施形態にかかるデバイスのウェルの縦断面図を示す。
【図８ｃ】図８ｃは、本発明の第八の実施形態にかかるデバイスのウェルの縦断面図を示す。
【図８ｄ】図８ｄは、本発明の第九の実施形態にかかるデバイスのウェルの縦断面図を示す。
【図９ａ】図９ａは、本発明の第十の実施形態にかかるデバイスの縦断面図の一部を示す。
【図９ｂ】図９ｂは、本発明の第十一の実施形態にかかるデバイスの縦断面図の一部を示す。
【図１０】図１０は、本発明の第十二の実施形態にかかるデバイスの縦断面図を示す。
【図１１】図１１は、図１０に示される実施形態の平面図を示す。
【図１２】図１２は、本発明の電気機器の液流システムの概略図とともに、本発明の第十三の実施形態にかかるデバイスの縦断面図を示す。
【図１３】図１３は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える本発明のシステムの概略図を示す。
【図１４】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図１５】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図１６】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図１７】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図１８】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図１９】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図２０】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図２１】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図２２】図１４は、電気機器における使用のための液流システムの要素を有する、デバイスおよび電気機器を備える図１３のシステムの概略図を示し、図１５〜２２は、本発明の実施形態のさらなる縦断面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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