低溫存放裝置和用于其運(yùn)行的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫存放裝置，尤其用于存放在低溫保藏狀態(tài)下的樣品，其包括用于接收和冷卻樣品的存放容器、鄰近存放容器形成罩室的罩裝置和為了暫時(shí)接收樣品而設(shè)置在罩室中的樣品支架。此外，本發(fā)明涉及一種用于通過使用具有存放容器和罩裝置的低溫存放裝置來處理在低溫保藏狀態(tài)下的樣品的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于尤其用于存放具有幾萬至幾百萬的樣品數(shù)量的活細(xì)胞物質(zhì)的低溫存放(或者:低溫儲(chǔ)藏)越來越流行，對(duì)低溫庫運(yùn)行時(shí)的流程自動(dòng)化越來越感興趣。通過所述自動(dòng)化，尤其應(yīng)實(shí)現(xiàn)成本便宜的存放條件。此外，自動(dòng)化應(yīng)實(shí)現(xiàn)SOP條件(SOP !StandardOperat1n Process:標(biāo)準(zhǔn)操作流程)的更好實(shí)現(xiàn)、盡可能無遺漏的資料匯編和操作誤差的最小化，如同在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中所要求的那樣。
[0003]到目前為止，借助于由在罐中在顯著低于-100°C的存放溫度下的液氮(LN2)進(jìn)行冷卻的低溫庫的自動(dòng)化由于以下問題變得困難:
[0004]-樣品、可運(yùn)動(dòng)部件一一如鉸節(jié)、導(dǎo)向裝置等等或電接觸表面由于在多次打開罐時(shí)由空氣形成的冷凝的和凍結(jié)的濕氣而結(jié)冰，如同在低溫庫中不可避免的那樣。
[0005]-當(dāng)樣品置于具有通常濕度(30至90%)的環(huán)境空氣中時(shí)樣品表面的結(jié)冰。
[0006]-當(dāng)愈加微型化的樣品從深度冷卻的LN2環(huán)境中取出時(shí)所述樣品的加熱。這在小管形的樣品容器(所謂的吸管)和低于0.5ml的樣品體積的情況下特別關(guān)鍵。
[0007]-當(dāng)所述樣品瓶轉(zhuǎn)運(yùn)到未經(jīng)消毒的環(huán)境中時(shí)樣品瓶表面的污染。
[0008]對(duì)于常規(guī)的低溫庫而言根據(jù)其結(jié)構(gòu)類型單獨(dú)地或組合地出現(xiàn)的所提到的問題到目前為止對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)健的自動(dòng)化樣品管理包括樣品的存入和取出來說是關(guān)鍵性障礙。僅僅通過使用罩裝置來實(shí)現(xiàn)改進(jìn)，所述罩裝置安裝在罐或存放容器上，低溫樣品存放在所述罐或存放容器中，見例如 DE 10 2011 012 887 AU US 2007/169 488 Al (EP I 768 782Al)或US 2006/156 753 Al (WO 2005/010499 A2)。例如在存放容器打開之前以干燥的氮?dú)獬錆M并且完全冷卻的罩可以作為閘門用于樣品處理。
[0009]在US2011/0219788 Al (DE 10 2008 057 981 Al)中也描述了具有存放容器上方的完全冷卻的罩的另一低溫存儲(chǔ)裝置。具有排出孔的導(dǎo)管在罩的內(nèi)室中延伸，所述排出孔構(gòu)成冷卻氣體入口。排出孔分散地設(shè)置，因此流出到罩的內(nèi)室中的氮?dú)饩鶆虻乩鋮s它們。由US 5 233 844 A(DE 692 30 405 T2)也已知具有罩狀套筒的冷卻容器，所述冷卻容器的內(nèi)室以冷卻劑蒸氣加載并且相應(yīng)地可以完全冷卻。
[0010]然而，在實(shí)踐中，由于以下的問題，在存放容器上方使用罩證實(shí)是不利的。罩的冷卻隨著其越來越大的大小在-80°C以下的溫度下導(dǎo)致高的冷卻劑開銷和例如10至30分鐘的范圍內(nèi)的過程延遲。當(dāng)力求直至存放容器中的存放溫度——例如_150°C的罩冷卻時(shí)，所述問題更嚴(yán)重。多次的取出或存入樣品顯著提高1^2消耗。如果罩中的溫度在較長(zhǎng)的時(shí)間上要保持降低，則這需要好的熱隔離并且導(dǎo)致罩裝置的緊湊的、占據(jù)較大空間的結(jié)構(gòu)，這不利地影響成本和可操作性。此外，必須非常謹(jǐn)慎地引導(dǎo)罩中的氣體體積的導(dǎo)出和干冷的氮?dú)獾挠窟M(jìn)，以避免渦流以及潮濕空氣灌入罩中，這可能會(huì)導(dǎo)致局部結(jié)冰。
[0011]此外，從實(shí)踐中已知，當(dāng)樣品承受多次從存放溫度(例如-150°c)到-80°c的溫度躍變時(shí)，生物學(xué)樣品的質(zhì)量隨著活著的細(xì)胞結(jié)冰而降低。然而，這樣的加熱和再冷卻在低溫庫運(yùn)行中非常頻繁地出現(xiàn)，因?yàn)闉榱巳〕錾僭S樣品將具有上百個(gè)低溫小管、吸管或袋的整個(gè)樣品架(所謂的架子(Racks))拉到較暖的區(qū)域中，例如罩的下方。在再次添加1^2時(shí)也可能出現(xiàn)不期望的溫度躍變。因此，尤其在長(zhǎng)時(shí)間存放時(shí)力求保持存放溫度盡可能恒定，這在常規(guī)的罩裝置中與過度的冷卻劑消耗和/或?qū)O高的熱隔離的要求相關(guān)聯(lián)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種改進(jìn)的低溫存放裝置，通過該改進(jìn)的低溫存放裝置避免常規(guī)技術(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的任務(wù)尤其在于，通過盡可能小的技術(shù)開銷使樣品在取出或者存入時(shí)的加熱、結(jié)冰和/或樣品容器表面的污染最小化，使尤其用于罩冷卻的LN2消耗最小化或避免所述LN2消耗，和/或，能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能輕的、小的、具有相對(duì)于低溫的更小易受影響性的罩裝置。此外，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種改進(jìn)的用于運(yùn)行低溫存放裝置的方法，通過該方法避免常規(guī)技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0013]該任務(wù)通過具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的低溫存放裝置或者用于其運(yùn)行的方法來解決。從從屬權(quán)利要求中得出本發(fā)明的有利的實(shí)施方式和應(yīng)用。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所提到的任務(wù)通過低溫存放裝置來解決，該低溫存放裝置設(shè)置用于存放低溫下的樣品、尤其用于存放低溫保藏狀態(tài)下的生物樣品。低溫存放裝置包括存放容器、例如具有內(nèi)室的熱隔離的低溫罐，所述內(nèi)室相對(duì)于環(huán)境由頂蓋區(qū)段封閉。該內(nèi)室設(shè)置用于接收液氮，所述液氮典型地在存放容器的底部上構(gòu)成液態(tài)的氮池(所謂的氮湖)。此外，所述內(nèi)室設(shè)置用于接收樣品。為此，例如支架裝置(架，所謂的“架子”)可以設(shè)置在內(nèi)室中。所述樣品在存放容器中可以在預(yù)先確定的存放溫度下冷卻地直接存放在液氮池或氮蒸氣中，所述氮蒸氣在內(nèi)室中在液氮池上方形成。優(yōu)選地，低溫存放裝置設(shè)置用于_80°C或以下的存放溫度、特別優(yōu)選_150°C或以下的存放溫度。
[0015]此外，低溫存放裝置包括罩裝置，該罩裝置鄰近存放容器地設(shè)置。借助于罩裝置，在頂蓋區(qū)段上方構(gòu)成罩室，該罩室通過罩裝置相對(duì)于其他環(huán)境隔離。罩室構(gòu)成閘門室，樣品在導(dǎo)入存放容器中之前或在從其中取出之后可能與支架裝置的一部分相結(jié)合地暫時(shí)設(shè)置在所述閘門室中。替代地，用于暫時(shí)樣品接收的罩裝置可以可選地裝配有樣品支架。
[0016]此外，低溫存放裝置包括具有冷卻劑瓶的沖洗裝置，冷卻劑一一例如液氮蒸氣或其他冷氣體可從該冷卻瓶運(yùn)送到罩室中。根據(jù)本發(fā)明，沖洗裝置裝配有至少一個(gè)冷卻劑導(dǎo)管，該至少一個(gè)冷卻劑導(dǎo)管從冷卻劑瓶導(dǎo)向罩室中。為了以冷卻劑加載罩室的部分區(qū)域，冷卻劑導(dǎo)管這樣設(shè)置，使得存放容器中的樣品的存放溫度在相關(guān)的部分區(qū)域中也是可調(diào)節(jié)的。以下稱作冷卻區(qū)段的所述部分區(qū)域設(shè)置用于暫時(shí)的樣品布置。在冷卻區(qū)段中存放溫度是可調(diào)節(jié)的，而在罩室中在冷卻區(qū)段的周圍形成至較高溫度的溫度梯度。冷卻區(qū)段不是機(jī)械隔離的區(qū)域而是以下室區(qū)域:在該室區(qū)域中存放溫度可通過冷卻劑流調(diào)節(jié)。因此，根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用，冷卻區(qū)段的延展取決于冷卻劑導(dǎo)管的數(shù)量和冷卻能力，但無論如何小于罩室的容積。有利地，具有至少一個(gè)冷卻劑導(dǎo)管的沖洗裝置這樣設(shè)計(jì)，使得局部地僅僅在冷卻區(qū)段中而不在其余罩室中調(diào)節(jié)存放溫度。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，以上所提到的任務(wù)通過用于處理低溫保藏狀態(tài)下的樣品的方法來解決，在該方法中，在從存放容器一一例如低溫罐的內(nèi)室中取出之后或在導(dǎo)入存放容器的內(nèi)室中之前，將樣品在鄰近存放容器的罩裝置的罩室中設(shè)置在存放溫度下的局部受限的冷卻區(qū)段中，而剩余的罩室中的溫度相對(duì)于冷卻區(qū)段更高。通過根據(jù)本發(fā)明提供局部受限的冷卻區(qū)段有利地實(shí)現(xiàn):存放容器上方的罩裝置僅僅還微不足道地或可忽略地被冷卻。一旦樣品位于罩室中，僅僅樣品和其直接環(huán)境以冷的冷卻劑流持續(xù)地溢出?？梢栽谂c存放溫度相比更高的溫度下、甚至直到室溫下運(yùn)行罩裝置的其他部分一一尤其可機(jī)械地運(yùn)動(dòng)的組件、驅(qū)動(dòng)裝置等等。因此，與常規(guī)技術(shù)不同地，不再需要提供熱隔離的罩。此外，通過樣品在罩室中局部受限的冷卻顯著地減小冷卻劑的消耗。機(jī)械組件相對(duì)于低溫的易受影響性也不同于常規(guī)技術(shù)地不是問題。
[0018]因?yàn)橹辽僖粋€(gè)冷卻劑導(dǎo)管設(shè)計(jì)用于以冷卻劑流持續(xù)加載冷卻區(qū)段，所以如同樣品表面的結(jié)冰或污染那樣避免樣品在罩室中的不期望的加熱。根據(jù)本發(fā)明，可以使用緊湊的罩，在所述罩中可以在直至室溫的更高溫度下運(yùn)行機(jī)器人、傳感裝置和其他組件。
[0019]借助術(shù)語“樣品”表示在存放容器中承受低溫保藏并且可能與支架裝置的一部分相結(jié)合地包括一個(gè)或多個(gè)樣品容器一一例如小管、吸管、囊、袋等等和它們中的樣品物質(zhì)的任意物品。所述樣品物質(zhì)典型地包括生物物質(zhì)一一如細(xì)胞、組織、細(xì)胞成分或生物大分子。換言之，根據(jù)本發(fā)明在冷卻區(qū)段中冷卻到存放溫度上保持的樣品可以包括例如一個(gè)或多個(gè)樣品小管或具有一個(gè)或多個(gè)樣品小管的支架。罩室中的冷卻區(qū)段可以相應(yīng)地具有根據(jù)應(yīng)用與所使用的樣品相匹配并且為至少100cm3、例如至少500cm3的體積。對(duì)于較小的樣品，唯一的冷卻劑導(dǎo)管可以足以用于冷卻，而對(duì)于較大的樣品設(shè)置多個(gè)冷卻劑導(dǎo)管。
[0020]有利地，以冷卻劑供應(yīng)根據(jù)本發(fā)明的低溫存放裝置的沖洗裝置的不同變型方案可供使用。優(yōu)選地，冷卻劑包括冷氮?dú)狻⒂绕湟旱魵?，所述液氮蒸氣在常壓下在液氮池上方形成。在這種情況下，冷卻劑瓶為用于接收液氮的瓶。特別優(yōu)選地，