Устройство для формирования и замораживания образцов ткани пациента или животного и способ формирования и замораживания образцов ткани пациента или животного
DEVICE FOR FORMING AND FREEZING TISSUE SAMPLES OF A PATIENT OR ANIMAL AND A METHOD OF FORMING AND FREEZING TISSUE SAMPLES OF A PATIENT OR ANIMAL

РОДСТВЕННАЯ ЗАЯВКА
Приоритет настоящей заявки испрашивается по дате подачи предварительной заявке на патент США с номером 62/375,133, поданной 15 августа 2016 г., раскрытие которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству для замораживания образцов, таких как образцы ткани, в частности, для быстрого замораживания нескольких образцов без необходимости последовательной подготовки и замораживания каждого образца по отдельности. Устройство содержит форму, которая может вмещать один или несколько образцов ткани, средство для поддержки формы, исключающее использование рук, изолированный контейнер для хранения криогенного материала или хладагента и необязательное покрытие для изолированного контейнера. Изобретение также относится к способам замораживания образцов ткани.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
За последние десять лет область трансляционной медицины быстро развивалась, предъявляя новые требования и изменяя рабочий процесс лабораторий, занимающихся обработкой образцов тканей пациентов. Постоянно растущее число пациентов постоянно увеличивает нагрузку на персонал и оборудование, обрабатывающее биопсийные материалы ткани. Биопсийные образцы и образцы тканей, полученные от пациентов и животных, часто находят дальнейшее использование в исследовательских лабораториях и лабораториях трансляционной медицины, что приводит к значительным изменениям требований к обработке образцов.
Было отмечено, что «старые добрые времена, когда образцы поступали в фиксаторе, ушли навсегда». Смотрите сайт «Макротехнологии в Хирургической Патологии» (http://grossing-technology.com/). Требования современной патологии часто предполагают дополнительные исследования, которые не допускают фиксацию тканей. Под давлением необходимости в быстрых сроках обработки, образец часто обрабатывается в свежем состоянии. Кроме того, может быть большой потребность в гистологических диагнозах для медицинского лечения, таких как оперативное определение краевого опухолевого поля, которое часто требуется во время многих хирургических процедур. Очевидно, что существует необходимость в быстрой подготовке и оценке нескольких образцов ткани.
Существует два основных технических способа замораживания образцов тканей, которые используются в настоящее время. Первый способ включает замораживание образцов ткани в криостате (см. С1а на Фиг.1) в металлическом блоке, поставляемом с инструментом. Однако этот способ имеет ограничения, такие как относительно медленная скорость замораживания из-за относительно высоких рабочих температур оборудования (от -20 до -50 °C против -196 °C для точки кипения жидкого азота); способ замораживания образца по одному с рычагом управления оборудованием; причем в процессе требуется высокая степень вовлеченности персонала и внимание. Кроме того, криостаты часто являются большими тяжелыми единицами оборудования и испытывают недостаток в портативности и ограниченных требованиях к пространству, необходимых в установках, таких как операционные.
Второй текущий способ заключается в замораживании образцов путем помещения тканей в сосуде Дьюара с жидким азотом до тех пор пока образцы не замерзнут. Несмотря на то, что сосуды Дьюара могут быть небольшими и портативными, существуют ограничения. Использование жидкого азота в сосуде Дьюара требует высокой степени внимания персонала к процессу и является медленнодействующим из-за замораживания образцов по одному. Таким образом, существует высокая степень изменчивости в подготовленных образцах из-за различий между оператором и оборудованием, что приводит к отсутствию единообразия в качестве полученных образцов ткани. Кроме того, существует опасность для персонала, использующего сосуды Дьюара с жидким азотом для замораживания образцов тканей, из-за разбрызгивания и кипения жидкого азота, который часто происходит во время процесса замораживания, что может привести к серьезным травмам от обморожения на открытой коже персонала.
Наконец, низкотемпературные холодильники, криогенные контейнеры и сосуды Дьюара доступны для длительного хранения в холодильнике подготовленных образцов, но эти средства хранения не предназначены или полезны для самой подготовки образца.
Очевидно, что существует неудовлетворенная потребность в устройстве и способах быстрого замораживания образцов ткани, в частности большого количества образцов ткани для гистологических и исследовательских целей. Устройства и способы, в соответствии с настоящим изобретением, устраняют недостатки текущего состояния технологии и специально предназначены для быстрого, безопасного и надежного замораживания нескольких образцов ткани для облегчения медицинской диагностики или научных исследований.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству для замораживания образцов, таких как образцы ткани, в частности, для быстрого замораживания нескольких образцов без необходимости последовательной подготовки и замораживания каждого образца по отдельности. Устройство содержит форму, которая может вместить один или несколько образцов ткани, средство для поддержки формы, исключающее использование рук, изолированный контейнер для хранения криогенного материала или хладагента и необязательное покрытие для изолированного контейнера. Изобретение также относится к способам замораживания образцов ткани.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает проекции на XY, XZ и YZ формы. С1а - это форма. C23 - это коническое углубление в форме, это также средство для удержания образца, ориентированного через коническое углубление, и это также средство для придания образцу и заключающей среде конической формы.
Фиг.2 изображает трехмерный вид в аксонометрии формы, показанной на Фиг.1.
Фиг.3 изображает подетальный трехмерный вид кассеты с несколькими формами с покрытием. С6 изображает вариант выполнения кассеты с четырьмя формами. C33 изображает вариант выполнения средства для придания прямоугольной формы образцу и заключающей среде. C39(a)(i) представляет собой отдельную форму внутри кассеты. C39(a)(ii) представляет собой линии перфорации, разделяющие отдельные формы внутри кассеты. C39(a)(iii) представляет собой ручку. C39(a)(iv) представляет собой покрытие.
Фиг.4 изображает виды платформы для устройства в проекции на XY, XZ и YZ. C1(b) представляет собой платформу, которая может быть прямоугольной платформой, обеспечивающей ориентацию внутри контейнера, или, альтернативно, регулируемой платформой. С8 представляет собой отверстие. С9 представляет собой приподнятый край. C11 представляет собой ручку. C12 представляет собой углубление для облегчения удаления формы, которое может представлять собой серию перфораций, как видно на проекциях YZ и XZ.
Фиг.5 изображает вид изолированного контейнера устройства в проекции XY, XZ и YZ. C1c представляет собой изолированный контейнер. С7 представляет собой уступ. C14 и C15 представляют собой губчатые вставки. С29 представляет собой стойку.
Фиг.6 изображает вид съемного покрытия C26 устройства в проекции XY, XZ и YZ, которое может дополнительно иметь шарнир или быть регулируемым.
Фиг.7 изображает в разобранном виде сборку изолированного контейнера (C1c) с выступом (C7), губками (C14, 15), прокладкой (C10), составляющими вместе часть B. Также изображена платформа (C1b) с отверстиями (2), составляющая часть А. Дополнительно изображено покрытие (С26).
Фиг.8 изображает в разобранном виде сборку изолированного контейнера (C1c) и губок (C14, 15), вместе составляющих часть B. Также изображена дополнительная кассета (C6). Дополнительно изображено покрытие (C26).
Фиг.9 изображает в разобранном виде сборку альтернативного варианта выполнения изолированного контейнера (C1c), радиатора (C74) с ребрами и теплоотводом (C20 и C21), платформы (C1b) со встроенными металлическими кюветами (C2) в виде средства для поддержки форм, а также покрытие или крышка (C26).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству для формирования и замораживания образцов ткани, содержащему:
(а) одну или несколько форм, которые могут вмещать один или несколько образцов ткани,
(b) средство для поддержки форм, исключающее использование рук, в непосредственном или в опосредованном контакте с криогенной средой, и
(в) изолированный контейнер для содержания криогенной среды.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором средство для поддержки форм, исключающее использование рук, представляет собой платформу с одним или несколькими отверстиями для поддержки или подвешивания форм.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором платформа представляет собой регулируемую платформу, которая может быть ориентирована внутри изолированного контейнера в требуемом положении.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором изолированный контейнер имеет выступ или полку для поддержки платформы.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором платформа имеет выступающий край, ограничивающий отверстие и по существу перпендикулярный плоскости платформы, для предотвращения разбрызгивания криогенной среды из изолированного контейнера в формы.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему прокладку для герметизации платформы с изолированным контейнером.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором прокладка ориентирована по периферии платформы и под ней.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором прокладка ориентирована под платформой и имеет ту же форму, что и платформа, и имеет отверстия, соответствующие отверстиям в платформе.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором прокладка является пористой или малопористой, чтобы обеспечить криогенной среде возможность протекания в нее для термического контакта с платформой и формами.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором платформа дополнительно содержит средство для подъема или позиционирования платформы.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором средство для подъема или позиционирования платформы содержит одну или несколько ручек.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором платформа дополнительно содержит одно или несколько углублений для облегчения размещения, позиционирования или удаления форм.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором одна или несколько форм находится в непосредственном контакте с криогенной средой.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, которое дополнительно содержит средство для минимизации или ограничения разбрызгивания на границе раздела жидкость-воздух между криогенной средой и формами.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором средство для минимизации или ограничения разбрызгивания на границе раздела жидкость-воздух представляет собой пористую оболочку.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором пористая оболочка представляет собой губку.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором формы находятся в опосредованном контакте с криогенной средой.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором формы имеют соответствующее покрытие.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором платформа или покрытие для форм имеют одну или несколько областей, на которых может быть указана информация, касающаяся образцов ткани.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором одна или несколько форм представляют собой одну или несколько трубок.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором трубки имеют крышку.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором одна или несколько форм являются коническими.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором одна или несколько форм имеют форму усеченного конуса.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором одна или несколько форм имеют форму прямоугольного параллелепипеда.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором изолированный контейнер дополнительно содержит крышку.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка является съемной.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка прикреплена к изолированному контейнеру через шарнир.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка является регулируемой для обеспечения требуемого доступа к изолированному контейнеру.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором изолированный контейнер содержит одну или несколько ножек, на которых он может стоять.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором одна или несколько ножек являются нескользящими ножками.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к портативному устройству.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему ручку для переноски устройства.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором образец ткани формируется и замораживается в требуемой ориентации.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором образец ткани формируется и замораживается до требуемой формы.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему криогенную среду.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором криогенная среда выбрана из жидкого азота, сухого льда или смеси сухой лед / растворитель.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором растворитель смеси сухой лед / растворитель выбран из ацетона, этанола, метанола, пропанола, изопропанола, этиленгликоля, 1,2-пропандиола, 1,3-пропандиола и их смеси.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему заключающую среду, расположенную в каждой форме.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором заключающая среда выбрана из материала, имеющего температуру замерзания ниже 0 °C.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу формирования и замораживания образцов ткани, включающему использование устройства, как описано в настоящем документе, включающему добавление образца ткани к одной или нескольким формам устройства.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу, дополнительно включающему этап добавления заключающей среды к одной или нескольким формам устройства.
В другой группе вариантов выполнения настоящее изобретение относится к устройству для формирования, замораживания и хранения образцов ткани, содержащему:
(а) кассету, дополнительно содержащую:
(i) платформу,
(ii) одну или несколько форм, которые сформированы в платформе и могут вмещать один или несколько образцов ткани, и
(iii) съемное покрытие для покрытия форм,
(б) средство для поддержки кассеты, исключающее использование рук, в непосредственном или опосредованном контакте с криогенной средой, и
(в) изолированный контейнер для содержания криогенной среды.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором указанное средство для поддержки корпуса, исключающее использование рук, представляет собой выступ или полку, образованную в изолированном контейнере.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором кассета может быть ориентирована внутри контейнера в требуемом положении.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором кассета имеет перфорации как в платформе, так и в покрытии, причем перфорации ориентированы прямолинейно и поперечно в двух измерениях между формами от каждого края кассеты, причем указанные перфорации являются средством для разделения платформы на порции, каждая из которых имеет индивидуальную покрытую форму после использования.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором платформа или покрытие имеет одну или несколько областей, в которые может быть помещена информация, касающаяся образцов ткани.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему прокладку для герметизации кассеты с изолированным контейнером.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором прокладка ориентирована по периферии кассеты и под ней.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором прокладка ориентирована под платформой и имеет ту же форму, что и платформа, и имеет отверстия, соответствующие отверстиям в платформе.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором прокладка является пористой или малопористой, чтобы обеспечить криогенной среде возможность протекания в нее для теплового контакта с кассетой.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором кассета дополнительно содержит средство для подъема или позиционирования кассеты.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором средство для подъема или позиционирования кассеты содержит одну или несколько ручек.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором кассета находится в непосредственном контакте с криогенной средой.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором кассета находится в опосредованном контакте с криогенной средой.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором изолированный контейнер дополнительно содержит крышку.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка является съемной.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка прикреплена к изолированному контейнеру через шарнир.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка выполнена регулируемой для обеспечения требуемого доступа к изолированному контейнеру.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором изолированный контейнер содержит одну или несколько ножек, на которых он может стоять.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором указанная одна или несколько ножек являются нескользящими ножками.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к портативному устройству.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему ручку для переноски устройства.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором   образец ткани формируется и замораживается в требуемой ориентации.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором образец ткани формируется и замораживается до требуемой формы.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему криогенную среду.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором криогенная среда выбрана из жидкого азота, сухого льда или смеси сухой лед / растворитель.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором растворитель смеси сухой лед / растворитель выбран из ацетона, этанола, метанола, пропанола, изопропанола, этиленгликоля, 1,2-пропандиола, 1,3-пропандиола и их смеси.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему заключающую среду, расположенную в каждой форме.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором заключающая среда выбрана из материала, имеющего температуру замерзания ниже 0 °C.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу формирования и замораживания образцов ткани, включающему использование устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, включающему добавление образца ткани к одной или нескольким формам устройства.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу, включающему этап добавления заключающей среды в одну или несколько форм устройства.
В другой группе вариантов выполнения настоящее изобретение относится к устройству для формирования и замораживания образцов ткани, содержащему:
(а) одну или несколько форм, которые могут вмещать один или несколько образцов ткани,
(б) платформу, содержащую одну или несколько теплопроводящих выемок для размещения одной или нескольких форм, и
(в) изолированный контейнер,
причем устройство может быть предварительно охлаждено до требуемой целевой температуры перед использованием.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему криогенную среду.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему радиатор для поддержания требуемой целевой температуры.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором теплопроводящие углубления и радиатор выполнены из теплопередающего материала, имеющего теплопроводность со значением более 200 в единицах Ватт/(метр К).
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором теплообменный материал выбран из алюминия, меди, золота и серебра и их смесей.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором радиатор содержит ребра.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором изолированный контейнер имеет выступ или полку для поддержки платформы.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором платформа дополнительно содержит одно или несколько углублений для облегчения размещения, позиционирования или удаления форм.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором формы имеют соответствующее покрытие.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором формы или покрытия имеют одну или несколько областей, на которых может быть указана информация, касающаяся образцов ткани.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором изолированный контейнер дополнительно содержит крышку.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка выполнена съемной.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка прикреплена к контейнеру через шарнир.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором крышка выполнена регулируемой для обеспечения требуемого доступа к контейнеру.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором изолированный контейнер содержит одну или несколько ножек, на которых он может стоять.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором указанная одна или несколько ножек являются нескользящими ножками.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к портативному устройству.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему ручку для переноски устройства.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором образец ткани формируется и замораживается в требуемой ориентации.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором образец ткани формируется и замораживается до требуемой формы.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему криогенную среду.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором криогенная среда выбрана из жидкого азота, сухого льда или смеси сухой лед / растворитель.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором растворитель смеси сухой лед / растворитель выбран из ацетона, этанола, метанола, пропанола, изопропанола, этиленгликоля, 1,2-пропандиола, 1,3-пропандиола и их смеси.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, дополнительно содержащему заключающую среду, расположенную в каждой форме.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором заключающая среда выбрана из материала, имеющего температуру замерзания ниже 0 ° C.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу формирования и замораживания образцов ткани, включающему использование устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, включающему добавление образца ткани к указанной одной или нескольким формам устройства.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу, дополнительно включающему этап добавления заключающей среды к указанной одной или нескольким формам устройства.
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными из раскрытия в настоящем документе.
Определения
Используемый в настоящем документе термин «криогенная среда» означает материал, который имеет или способен обеспечить очень низкую температуру, такой как, например, жидкий азот, имеющий температуру кипения -196 °C, или сухой лед, который имеет температура сублимации -78,5 °С при нормальном атмосферном давлении.
Используемый в настоящем документе термин «исключающее использование рук» означает, что устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает средство, при котором оператору не нужно держать формы, платформы или кассеты, связанные с подготовкой и замораживанием образцов, поскольку они поддерживаются во время подготовки образца и замораживания.
Используемый в настоящем документе термин «хладагент» подразумевает также включение криогенной среды.
Устройство для замораживания образцов
Устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, можно рассматривать как состоящее из двух частей: Часть А содержит компоненты для удержания и хранения образцов, такие как платформа, формы, кассеты, покрытия для форм и тому подобное. Часть B содержит компоненты, обеспечивающие функцию охлаждения и замораживания устройства для охлаждения и замораживания образцов.
Часть A (см. Фиг.7) представляет собой платформу, которая выполняет в основном три функции: (1). Платформа обеспечивает средство для поддержки форм (то есть криогенных форм или «криоформ»), исключающее использование рук. (2). Позволяет одновременно заморозить несколько образцов, если необходимо, например, четыре или большее количество образцов, в зависимости от выбранной конструкции, и. (3). Физически изолирует руки оператора от криогенной среды или средств охлаждения, предотвращая, тем самым, травмы от случайного воздействия. Часть А может быть отлита из одного куска из размерно стабильной пластмассы и предназначена для сменного и одноразового использования. Могут быть предусмотрены варианты части A с перфорированными пазами, в которых размещаются криоформы различных размеров (малых, средних и больших). Брызги химикатов могут быть сведены к минимуму или предотвращены путем прикрепления небольших ребер из губчатой пластмассы по периметру пазов. Компоненты части A могут быть сменными или взаимозаменяемыми.
Часть B (см. Фиг.7 и Фиг.8) представляет собой охлаждающее устройство, которое выполняет в основном две функции: (1) Охлаждающее устройство содержит криогенную среду или охлаждающее средство и действует как теплоизолятор, уменьшая теплообмен и дополнительно уменьшая разбрызгивание, и (2) Охлаждающее устройство обеспечивает механическую поддержку и стабильность для сменных или взаимозаменяемых компонентов части А. Часть В имеет внутреннюю камеру, которая заполнена криогенной средой или охлаждающим средством, и в некоторых вариантах выполнения средство для минимизации или ограничения разбрызгивания на границе раздела жидкость-воздух между криогенной средой и формами (например, пористой оболочкой, такой как губчатый  материал), расположенной под частью A, жесткую наружную камеру из пластмассы, которую можно стерилизовать, изолирующее заполнение между наружными стенками и внутренней камерой, а также прокладку, либо окружающую нижний периметр платформы или расположенную под платформой.
Формы
Форма (Фиг.1) представляет собой предварительно сформированную конструкцию, предпочтительно изготовленную из пластмассы, которая предназначена для размещения и хранения образцов ткани, которые приготавливаются и замораживаются. Основными функциями формы являются: (1) размещение образца; (2) размещение заключающей среды; (3) ориентирование образца в требуемом положении и сохранение его ориентирования, пока он не будет заключен в замороженную заключающую среду; (4) обеспечение определенной формы для заключающей среды с образцом внутри; (5) изолирование заключающей среды и образца внутри от криогенной среды; (6) обеспечение средства для маркировки и (7) обеспечение долговременного хранения замороженного образца. Форма может быть изготовлена с различными формами и размерами и обычно может быть изготовлена из тонкой пластмассы (Фиг.1), а в некоторых вариантах выполнения с несколькими специально выполненными углублениями, чтобы содержать, формировать и ориентировать заключающую среду и образец внутри (C23, C32 и C33 на Фиг.1) и дополнительное пространство для маркировки формы. Хотя общая форма, размер и ориентация формы в целом рассчитаны на то, чтобы соответствовать размерам устройства, тем не менее форма, размер и количество углублений могут варьироваться. Несколько вариантов формы могут быть выполнены с конической формой, усеченной конической формой или с формой прямоугольного параллелепипеда (Фиг.2) и с углублениями различных размеров (1 мм и более) и количеств (два или больше), предназначенных для размещения образцов меньшего и большего размера. В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором одна или несколько форм представляют собой одну или несколько трубок. В другом аспекте настоящее изобретение относится к устройству, в котором трубки имеют крышку.
Средства для поддержки форм (платформа)
Платформа может представлять собой предварительно сформированную конструкцию квадратной, прямоугольной, круглой или другой формы (Фиг.4), которая ориентирована внутри изолированного контейнера (Фиг.5). Он обеспечивает поддержку форм таким образом, что углубления находятся в непосредственном контакте с криогенной средой, в то время как верхняя поверхность формы изолирована от криогенной среды. В некоторых вариантах выполнения выемки форм контактируют с криогенной средой через отверстия, вырезанные в платформе (C8 на Фиг.4). В каждой платформе может быть выполнено одно или несколько отверстий. В некоторых вариантах выполнения каждое отверстие окружено выступом, который может быть выполнен из пористого материала, предназначенного для уменьшения риска утечки криогенной среды между платформой и формой (C9 на Фиг.4). Платформа имеет размеры, подходящие для размещения контейнера и для размещения одной или нескольких форм. В некоторых вариантах выполнения к платформе прикреплена небольшая ручка (C11 на Фиг.4) для облегчения ее размещения, позиционирования и извлечения из изолированного контейнера. В некоторых вариантах выполнения в материале платформы имеется небольшое углубление для облегчения удаления форм (Фиг.4).
Кассета с несколькими формами
В других вариантах выполнения устройство содержит кассету, содержащую одну или несколько форм для обеспечения одновременной подготовки и замораживания нескольких независимых образцов (Фиг.3). Кассета имеет большую прямоугольную форму [или другую форму], соответствующую размерам платформы и ее отверстий, и может быть изготовлена путем сплавления двух или большего количества форм вместе, таким образом, включающей в себя блок из двух или большего количества форм (C39(a)(i) на Фиг.3). В некоторых вариантах выполнения кассета может содержать одну или несколько линий перфорации, например, ориентированных прямолинейно и поперечно в двух измерениях между формами от каждого края кассеты, чтобы предоставить пользователю возможность хранить всю кассету целиком, или разбить ее на отдельные формы для отдельного хранения (C39(а)(ii) на Фиг.3). В некоторых вариантах выполнения вместе с кассетой используется защитное покрытие, также с необязательными перфорациями (C39(a)(iv) на Фиг.3).
Изолированный контейнер
Изолированный контейнер (Фиг.5) содержит криогенную среду (например, жидкий азот, сухой лед или смесь сухого льда / растворителя) для замораживания образца конкретной ткани. Кроме того, контейнер обеспечивает поддержку для платформы через выступ (C7 на Фиг.5). Форма контейнера может быть прямоугольной, квадратной или круглой или какой-либо другой формы. Прямоугольный контейнер показан как C1c на Фиг.5. Форма и внешние размеры контейнера будут зависеть от конструкции и формы платформы, а также от внутренних аспектов контейнера.
Наружная сторона контейнера может быть изготовлена из различных материалов, включая, помимо прочего, металлы (такие как алюминий, сталь, титан, серебро, золото или платина или смеси металлов из сплавов), стекло (например, боросиликатное стекло), пластмассу и органические или неорганические материалы, которые предпочтительно устойчивы к воздействию внешней среды. Наружная оболочка контейнера может быть скреплена с помощью сварки, склеивания, штамповки или крепления. Толщина наружной оболочки будет зависеть от свойств материала, из которого она изготовлена. Внутренняя камера может содержать криогенную среду и может принимать квадратную, прямоугольную, круглую или другую требуемую форму. Внутренняя оболочка или камера может быть изготовлена из металла, пластмассы, пены или стекла и должна выдерживать температуру жидкого азота (температура кипения -196 °С) или ниже и присутствие растворителей без деформации, ухудшения свойств или фрагментации. Материал для внутренней оболочки или камеры должен иметь низкую теплопроводность, чтобы предотвратить потери тепла в криогенную среду. Внутренняя камера может быть скреплена с помощью сварки, склеивания, штамповки или крепления. Выступ может быть встроен в верхнюю часть внутренней камеры (C7 на Фиг.7), чтобы обеспечить средства для поддержки платформы так, чтобы углубление формы опиралось на платформу и находилось в непосредственном контакте с криогенной средой. Размер и форма выступа будут зависеть от размера платформы. Для предотвращения утечки криогенной среды на выступе может быть размещена пористая прокладка (C10 на Фиг.7).
Во внутренней камере непосредственно под платформой может быть размещена пористая структура, такая как губки (C14 и C15 на Фиг.5). Целью этой конструкции является удаление или уменьшение свободной жидкости от границы раздела между криогенной средой и формами, и при этом также еще больше минимизировать риск разбрызгивания криогенной среды.
Пространство между внутренним и наружным контейнером может быть заполнено изоляционным материалом, изготовленным из пены или материала другого типа. Материал в этой промежуточной части пространства размещают путем сжатия со стороны наружных и внутренних частей и путем адгезии. Толщина контейнера будет зависеть от R-значения, то есть коэффициента изоляции используемых материалов.
В некоторых вариантах выполнения устройство содержит изолированный контейнер, дополнительно содержащий крышку, которая может быть съемной. В других вариантах выполнения крышка прикреплена к изолированному контейнеру через шарнир и может быть регулируемой для обеспечения требуемой степени доступа к изолированному контейнеру.
В некоторых вариантах выполнения устройство является портативным и может содержать ручки для переноски. Устройство также может содержать одну или несколько стоек или ножек, в частности, нескользящие стойки или ножки (C29 на Фиг.5).
Криогенная среда
Используемый в настоящем документе термин «криогенная среда» означает материал, который имеет или способен обеспечивать очень низкую температуру, такую как температура жидкого азота, температура кипения которого равна -196 °C, или сухого льда, температура сублимации которого равна -78,5 °С, как при нормальном атмосферном давлении. Как раскрывается в настоящем документе, криогенная среда выбрана из жидкого азота, сухого льда или смеси сухой лед / растворитель. Смесь сухой лед / растворитель выбирают из ацетона, этанола, метанола, пропанола, изопропанола, этиленгликоля, 1,2-пропандиола, 1,3-пропандиола и их смесей, а также других таких подходящих растворителей. Кроме того, можно использовать смесь воды с гидроксиэтилцеллюлозой, полиакрилатом натрия или силикагелем с виниловым покрытием, предварительно охлажденную до требуемой температуры.
Альтернативные варианты выполнения
В другом варианте выполнения кассету можно использовать без платформы, опирая ее непосредственно на пористую структуру детали B (Фиг.8).
В другом варианте выполнения вариант устройства представляет собой автономный, изолированный и охлаждаемый блок, который просто требует охлаждения всего устройства в морозильной камере перед использованием (Фиг.9). Этот блок устраняет необходимость в жидком азоте и/или ванне с сухим льдом / растворителем. Вместо этого, все устройство представляет собой герметичный блок, который предварительно заполнен средой с высокой теплоемкостью, служащей в качестве хладагента, и хранится охлажденным, например, в морозильной камере при -80 °C. При использовании тепло отводится от образцов через опосредованный контакт с хладагентом с помощью встроенных металлических кювет (С2), показанных на Фиг.9. Форма всего блока может быть квадратной, прямоугольной или круглой, хотя могут быть использованы другие формы и конструкции. Среда с высокой теплоемкостью внутри блока может представлять собой смесь воды с гидроксиэтилцеллюлозой, полиакрилатом натрия или силикагелем с виниловым покрытием, который предварительно охлаждают до -80 °C для использования. Блок предназначен для хранения в условиях охлаждения, когда он не используется, причем наружная поверхность теплоотвода открыта для облегчения охлаждения изолированного хладагента внутри устройства. Когда устройство используется, съемное покрытие для устройства (C26 на Фиг.9) размещается под устройством, где она служит временным изолятором для открытой поверхности теплоотвода, чтобы уменьшить эффект передачи тепла из окружающей среды в хладагент от теплоотвода. В качестве альтернативы, теплоотвод может быть открыт во время использования, при условии, что имеется охлаждающая среда (например, сухой лед), в которую погружен блок, что продлевает продолжительность использования, прежде чем требуется повторное охлаждение блока в морозильной камере. Сердечник радиатора может представлять собой круглый, квадратный цилиндр или цилиндр другой формы, расположенный в нижней части устройства с наружной поверхностью, открытой для внешней среды, которая соединена с отверстиями через радиатор с тепловыми трубками или ребрами теплопередачи, выступающими изнутри в хладагент, который увеличивает площадь поверхности, доступной для теплообмена (Фиг.9: радиатор (C74) с ребрами (C10) и теплоотводом (C21). Эта конструкция служит для увеличения продолжительности действия оптимальной температуры на поверхности отверстия. Сердечник радиатора и тепловые трубки / теплопередающие ребра могут быть изготовлены из теплопередающего материала, имеющего значение теплопроводности более 200 в единицах Ватт/(метр*К), например, из алюминия, меди, золота, серебра или любого другого сплава / его разновидности.
Блок может содержать одну или несколько, предпочтительно две или большее количество кювет, встроенных в верхнюю поверхность блока, которые могут быть изготовлены из теплопередающего материала, имеющего значение теплопроводности, превышающее 200 в единицах Ватт/(метр*K), например, алюминия, меди, золота, серебра или любого другого их сплава / разновидности. Вариант с четырьмя кюветами показан на Фиг.4. Каждая из отдельных кювет может быть окружена и изолирована материалом с относительно высоким значением R, т.е. коэффициентом изоляции, таким как пенополиизоцианурат или другим типом изолирующей среды высокой плотности. Требуемое значение R для изоляционного материала составляет 2 и выше. Цель окружения отверстия изоляцией состоит в том, чтобы уменьшить теплопередачу криогенной среды в окружающую среду в пространстве между отверстиями и сфокусировать эффективность теплопередачи на поверхности отверстия. Аналогичным образом, изоляция для покрытия и самого блока также может быть изготовлена из теплоизолятора с относительно высоким значением R. Цель требования к изоляции состоит в том, чтобы максимизировать продолжительность времени, в течение которого криогенная среда будет сохранять свою рабочую температуру. Внутренняя камера блока, содержащая криогенную среду, должна быть изготовлена из материала с низкой теплопроводностью, способного выдерживать очень низкие температуры криогенной среды, и изготовлена либо из металла / сплава, боросиликатного стекла или пластического полимера. В качестве альтернативы, внутренняя камера также может быть частью изоляционного слоя. Кроме того, для наружной части блока поверхность может быть изготовлена из материала с высоким износом с относительно низким значением теплопроводности, который может быть изготовлен из толстой пластмассы, а также имеет ручку для удобной транспортировки. Для изготовления блока наружная сторона и покрытие могут быть отлиты, приварены, склеены или скреплены вместе в зависимости от выбранного материала. Внутренняя камера должна быть герметичной, поэтому требуется, чтобы камера была либо приварена, приклеена, либо сформирована в виде предварительно изготовленного контейнера, в зависимости от материала и способа используемой изоляции. Платформа, содержащая отверстия, также может быть отштампована, приварена или отформована в соответствии с выбранным материалом и способом изоляции.
Способ замораживания образцов
Чтобы заморозить образец ткани, пользователь устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, может выполнять следующие этапы:
1. Заполнить внутреннюю камеру изолированного контейнера криогенной средой, например, жидким азотом.
2. Поместить средство для минимизации разбрызгивания криогенной среды, такое как губка, непосредственно поверх жидкого азота.
3. Установить часть A устройства на часть B устройства.
4. Маркировать форму и заполнить ее заключающей средой.
5. Поместить биопсийный образец в форму, содержащую заключающую среду.
6. Поместить форму, содержащую образец биопсии, в отверстие.
7. Повторить этапы 4-6 для каждого замораживаемого образца.
8. Удалить замороженные формы из устройства.
9. После использования опорожнить контейнер и хранить его закрытым.
Последовательность действий, описанная выше, устраняет необходимость вручную, отдельно держать каждый образец для замораживания и освобождает время оператора для других действий, таких как обработка следующего образца. Использование жидкого азота в качестве среды обеспечивает постоянную температуру замерзания (-196 °C) и быстрое замерзание по сравнению с более высокими рабочими температурами криостатов (от -20 до -50 °C). Устранение границы раздела воздух-жидкость с помощью пористых прокладок уменьшает разбрызгивание и сводит к минимуму риск воздействия на пользователя среды. Предварительная маркировка форм помогает идентифицировать образцы и позволяет одновременно обрабатывать несвязанные образцы тканей.
По сравнению с имеющимися в продаже формами, которые необходимо обрабатывать вручную для каждого образца, например, Cryomolds (TissueTek), устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает уменьшение времени замораживания в среднем примерно на 2-3 минуты на форму, с совокупной экономией времени около 10 мин на 4 формы; около 20 минут на 8 форм и около 30 минут на 12 форм. Это значительно экономит время и средства, особенно при подготовке больших объемов тканей.
Включение путем ссылки
Полное раскрытие каждого из патентных документов, включая список замеченных опечаток, документы патентных заявок, научные статьи, правительственные отчеты, веб-сайты и другие ссылки, упомянутые в настоящем документе, включены в настоящий документ путем ссылки во всей своей полноте для всех целей. В случае конфликта в терминологии, настоящее описание является преимущественным.
Эквиваленты
Изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отклонения от его сущности или существенных характеристик. Вышеприведенные варианты выполнения следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные, а не ограничивающие изобретение, описанное в настоящем документе. В различных вариантах выполнения способов и систем, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, где термин «содержит» используется в отношении перечисленных этапов или компонентов, также предполагается, что способы и системы состоят по существу или состоят из перечисленных этапов или компонентов. Кроме того, следует понимать, что порядок этапов или порядок выполнения определенных действий не имеет значения, если изобретение остается работоспособным. Кроме того, два или большее количество этапов или действий могут быть выполнены одновременно.
В описании формы единственного числа также включают формы множественного числа, если из контекста явным образом не предписано иное. Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют то же значение, которое обычно понимают специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение. В случае конфликта настоящее описание будет иметь преимущественную силу.
Кроме того, следует признать, что в некоторых случаях композиция может быть описана как состоящая из компонентов перед смешиванием, поскольку при смешивании некоторые компоненты могут дополнительно вступать в реакцию или превращаться в дополнительные материалы.
Все проценты и соотношения, используемые в настоящем документе, если не указано иное, даны по весу.