專利名稱：用于破碎組織的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種用于破碎、混合或均化例如組織的生物樣本的裝置。
背景技術：
用于組織破碎的裝置是已知的。例如，W02006/081694A1和W02004/035191公開了一種用于生物樣本的單向混合器和均化器，其包括具有處理元件的管狀實驗測試容器，該處理元件具有切割和/或碾磨元件。該裝置的缺點在于，當處理含有纖維或腱的物質(zhì)如肌肉組織時，破碎程度不充分。由攪拌器產(chǎn)生的離心カ按壓物質(zhì)來抵靠實驗容器進行破碎， 在該處，它們不能充分碾磨，導致顆粒過大和/或處理的材料不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供ー種用于破碎、混合或均化生物樣本的改進的裝置。已發(fā)現(xiàn)，利用防止實驗容器壁處累積樣本材料的裝置，樣本可均勻地分離成較小的顆粒尺寸。因此，本發(fā)明的第一目的是ー種適于破碎或均化生物樣本的裝置，包括
管狀實驗測試容器，其具有開ロ的第一端和由底部封閉的第二端；
實驗測試容器的封閉蓋，其連接到實驗測試容器的開ロ端上；
布置在所述封閉蓋中的處理工具，其包括多個齒和攪拌元件，該攪拌元件具有引導管，引導管經(jīng)由中心孔可旋轉(zhuǎn)地安裝在蓋中，且包括接合部，接合部適于由驅(qū)動馬達接合，其中至少ー個外切割刀片定位在處理工具的外周，以及布置在引導管處的輸送元件，該輸送元件以螺線形狀在外切割刀片上向外延伸，且設有配合外切割刀片的槽ロ。該裝置可用于處理(分離、碾磨或均化)生物樣本或生物材料如組織，以用于研究、實驗用途、診斷或病理學的目的。生物樣本或生物材料可具有任何一致性，且可源于任何動物、人或植物組織，如肌肉、內(nèi)臟如心臟或肺、腦或部分植物如谷物。在本發(fā)明的裝置中，通過使螺線形輸送元件旋轉(zhuǎn)通過處理工具且在處理工具上旋轉(zhuǎn)來對物質(zhì)施力，該處理工具包括多個齒狀結構和定位在處理工具外周處的至少ー個外切割刀片，直到達到產(chǎn)物所期望的顆粒尺寸或一致性。本發(fā)明的另ー個目的是提供一種在本發(fā)明的裝置中提取、破碎、混合或均化生物樣本的過程，其中攪拌元件相對于封閉蓋和處理工具旋轉(zhuǎn)，從而在至少ー組齒上引導輸送元件，且以碾磨和切割的方式引導至少一個外切割刀片穿過輸送元件的槽ロ。攪拌元件和輸送元件相對于封閉蓋和處理工具的旋轉(zhuǎn)通過將驅(qū)動馬達聯(lián)接到引導管的接合部來進行。攪拌元件和輸送元件通過驅(qū)動馬達經(jīng)由引導管投入旋轉(zhuǎn)，而封閉蓋、處理工具和容器保持為不活動。在本發(fā)明的過程期間，引導管和攪拌元件抵靠處理工具以20至4000rpm旋轉(zhuǎn)。處理時間取決于所期望的顆粒尺寸、樣本的機械阻力、以及攪拌元件和輸送元件的旋轉(zhuǎn)速度而變化。典型的處理時間在I分鐘至30分鐘之間。


圖I是具有組裝好的實驗測試容器、蓋和處理工具的本發(fā)明的裝置的橫截面視圖。圖2是如圖I中所示的本發(fā)明的相同裝置旋轉(zhuǎn)90°的圖。圖3是帶有處理工具和攪拌元件的蓋的側(cè)視圖和頂視圖。
具體實施例方式例如圖I和圖2中所示的本發(fā)明的裝置通過將蓋2從實驗測試容器I旋開而開啟。然后，待處理的生物樣本經(jīng)由開ロ 3插入容器I中。在利用蓋2封閉容器之后，裝置由引導管13置入未示出的機械化驅(qū)動件的驅(qū)動軸中。通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸，待處理的物質(zhì)就通過輸送 元件8而引導或被推至至少ー組齒4a-c和外切割刀片6上。當達到生物樣本所期望的破碎或均化程度吋，驅(qū)動馬達就停止，且裝置從驅(qū)動件移除。然后，破碎的物質(zhì)可以通過開啟蓋2來從容器I移除。為了進一歩改善破碎過程，處理工具5優(yōu)選包括定位在外切割刀片6與引導管13之間的至少ー個內(nèi)切割刀片7。在本發(fā)明的該實施例中，輸送元件8設有配合內(nèi)切割刀片7的適合的槽ロ 7a。所述的〃內(nèi)〃和〃外〃切割刀片針對切割刀片相對于裝置的旋轉(zhuǎn)軸線(S卩，攪拌元件11的引導管13)的位置。〃內(nèi)〃位置離裝置的旋轉(zhuǎn)軸線較近，而〃外〃位置在處理工具5的外周處。所得到的破碎物質(zhì)的破碎程度或顆粒尺寸取決于攪拌元件11的旋轉(zhuǎn)速度、處理時間以及齒和/或切割刀片的碾磨或切割的效率。如果小顆粒、細胞質(zhì)或細胞分子如DNA或蛋白質(zhì)應當與生物樣本隔離開，則破碎需要盡可能地強烈，且不必考慮保持細胞完整性。在本發(fā)明的該實施例中，齒4a_c與攪拌元件11和/或輸送元件8的對應表面之間的空間可以盡可能窄，例如，在O至75 μ m之間，尤其是在I至50μπι或I至20 μ m之間。如果本發(fā)明的過程和裝置用于通過破壞生物樣本的細胞結構來獲得隔離的活細胞，則破碎需要調(diào)整為更小心的處理。在本發(fā)明的該實施例中，齒4a_c與攪拌元件11和/或輸送元件8的對應表面之間的空間調(diào)整至至少100 μ m，尤其是100至300 μ m，以便防止細胞受碾磨。這可通過將帶有隔離元件的齒4a_c提供給輸送元件8和/或?qū)в懈綦x元件的輸送元件8提供給齒4a_c來實現(xiàn)。隔離元件可具有點形狀，高度為至少100 μ m，優(yōu)選為100至300 μ m，且尤其是100至200 μ m，且由與它們所處元件相同的材料制成。作為優(yōu)選，隔離元件由它們所處的元件制成。除齒4a_c或輸送元件8上的隔離元件之外，內(nèi)切割刀片7和外切割刀片6也可包含針對輸送元件8的相應槽ロ 6a，7a的隔離元件。當然，隔離元件還可抵靠內(nèi)切割刀片7和外切割刀片6來附接到輸送元件8的槽ロ 6a，7a上。為了將仍包含在樣本材料中的未處理的成分與破碎或均化的物質(zhì)分開，本發(fā)明的裝置可包括篩網(wǎng)。篩網(wǎng)將實驗測試容器中的處理空間分為底部空間和封閉蓋處的空間。在處理之后，樣本材料可以過篩網(wǎng)以便將具有所期望的破碎程度的處理過的材料與顆粒尺寸過大的未處理的材料分開。因此，在本發(fā)明的另ー實施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括篩網(wǎng)9，其定位在實驗測試容器I中離其底部10有一定距離，使得底部空間與封閉蓋處的空間分開。篩網(wǎng)9的外周以密封方式接觸容器I的內(nèi)壁。篩網(wǎng)9可為機械穩(wěn)定的，或可由移液管末梢穿透或刺穿。因此，篩網(wǎng)可包括類似于點的僅ー個區(qū)域，其可由移液管末梢穿透，例如，通過預定的破壞點或線。篩網(wǎng)9可為多孔板、膜片或定位為彼此疊置的一條或多條線絲或塑料網(wǎng)。篩孔尺寸不是特別重要，且可在較寬范圍內(nèi)變化。在處理之后，裝置的該變型被倒轉(zhuǎn)，使得蓋2處于頂部，且處理的物質(zhì)經(jīng)由篩網(wǎng)9流至容器的底部10，容器底部10優(yōu)選成形為儲槽。較粗的部分由篩網(wǎng)9阻擋。破碎和過濾 的物質(zhì)可通過開啟裝置和例如使移液管刺穿篩網(wǎng)而從容器中除去。在取出樣本之后，容器可由蓋2再次封閉來用于儲存剰余的均化產(chǎn)物。在本發(fā)明的另ー實施例中，管狀實驗測試容器I包括可封閉的孔ロ(圖I中的19)，如優(yōu)選具有〃魯爾(Luer) 〃連接器的旋塞閥?？煞忾]的孔ロ 19可定位在容器I的任何位置處，這取決于例如在離心機中利用容器I對樣本的進ー步處理。作為優(yōu)選，可封閉的孔ロ19定位在容器I的底部10處?？煞忾]的孔ロ 19可用作容器I的輸入/輸出端ロ，以便將氣體、液體或處理助劑如酶引入容器中或從容器中取回處理的材料。本發(fā)明的裝置可包括可封閉的孔口和篩網(wǎng)。在該實施例中，不需要穿透篩網(wǎng)來除去分離和過篩的材料?？稍诓婚_啟裝置的情況下經(jīng)由可封閉的孔ロ除去處理的材料，在該變型中，該可封閉的孔ロ定位在容器的底部10處?？煞忾]的孔ロ 19的替代方案或除可封閉的孔ロ 19之外，管狀實驗測試容器I可包括非可封閉的孔ロ(圖2中20)，其由可刺穿或可穿透的元件如膜片或薄膜密封。非可封閉的孔ロ可通過利用工具如移液管在處理之后穿透密封件來開啟，但不可再次封閉。非可封閉的孔ロ 20可定位在容器I的任何位置處，這取決于樣本或容器I的進ー步使用或進ー步處理。作為優(yōu)選，非可封閉的孔ロ 20定位在容器I的底部10處。在本發(fā)明的破碎過程期間，樣本由于輸送/攪拌元件的機械カ來加熱。溫度升高導致容器內(nèi)的壓カ増大，這優(yōu)選為由通風裝置來平衡。在本發(fā)明的另ー實施例中，實驗測試容器I和/或攪拌元件11包括用于壓カ補償?shù)耐L裝置。例如，通風裝置可為透氣膜片或壓カ補償裝置，該壓カ補償裝置為不透氣的，如氣囊類物體。在本實施例的第一變型中，可封閉的孔ロ 19用作通風裝置。這可通過在本發(fā)明的過程期間單純地開啟可封閉的孔ロ 19以便將任何壓カ從裝置內(nèi)側(cè)排至周圍大氣中而實現(xiàn)。出于此目的，可封閉的孔ロ 19可配備有可透氣的膜片或篩網(wǎng)。此外，還可以使可封閉的孔ロ 19配備壓カ補償裝置，該壓カ補償裝置是不透氣的，如氣囊類物體。在該實施例的第二變型中，非可封閉的孔ロ 20通過利用可刺穿/可穿透且透氣的膜片密封非可封閉的孔ロ 20來用作通風裝置。
在該實施例的第三變型中，通風裝置由整合到攪拌元件11中的透氣元件提供，例如，在背對蓋2的引導管13的端部中。例如，通風裝置可提供成由透氣材料制成的罩蓋14的形狀。在備選方案中，攪拌元件11、引導管13或罩蓋14可包括壓カ補償裝置，其不是可透氣的，如氣囊類物體。透氣材料可為膜片形式，該膜片由PTFE或聚酰胺優(yōu)選在無菌條件下制成。裝置的封閉蓋2可為螺旋罩蓋，但也可使用具有咬合或卡ロ封閉機構的蓋。螺旋罩蓋的蓋2包括配合到容器I的適合外螺紋18中的內(nèi)螺紋17。螺紋和/或蓋2和/或管狀實驗測試容器I優(yōu)選為包括接頭位置或咬合點，以便向使用者指出裝置牢固地封閉且不需要進ー步的轉(zhuǎn)矩。裝置的破碎或均化效率可通過向管狀實驗測試容器I的內(nèi)表面提供至少ー個翼片或凸脊(圖I中的21)來進ー步増大。翼片或凸脊21從開ロ 3沿朝向容器I的底部10的方向在攪拌元件11上方的區(qū)域中即樣本材料在處理期間將流動的區(qū)域中延伸。翼片或凸脊21布置成盡可能靠近輸送元件8而不會干擾攪拌器11，且例如延伸至攪拌器11的罩 蓋14的高度。這種結構在處理期間用作樣本的防渦器、斷流器或擋板。在本發(fā)明的另ー實施例中，容器I的內(nèi)表面至少部分地設有疏水涂層。疏水涂層確保在處理之后，樣本在容器排空期間以最低損失回收?？赏ㄟ^由疏水材料制造容器或利用疏水材料涂覆容器內(nèi)表面的至少一部分來獲得疏水表面。適合的疏水材料為氟化聚合物如 PTFE。容器可具有管狀形狀，內(nèi)徑為I至5cm,而容積為20至200ml。本發(fā)明的裝置優(yōu)選為由聚合物制成，如聚丙烯、聚こ烯、聚酰胺、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)或PTFE。容器、蓋、攪拌裝置、處理和輸送裝置可由相同或不同的材料制成。密封件和膜片由弾性體如硅樹脂或氟化橡膠制成。附圖及優(yōu)選實施例的詳述
圖I和圖2示出了實驗測試容器I處于顛倒位置的本發(fā)明的裝置，即，實驗測試容器I的底部10在頂部，而封閉實驗測試容器I的開ロ 3的蓋2指向下。封閉蓋2示為螺旋罩蓋，其具有內(nèi)螺紋17來配合到容器I的外螺紋18中。處理工具5以防旋轉(zhuǎn)的方式安裝到蓋2上，優(yōu)選為與蓋一體地形成。處理工具5包括多個齒4a_c，其相對于彼此布置在一個或多個沿軸向偏移的平面中。圖I至圖3通過舉例的方式顯示了三組齒，其沿軸向布置在處理工具5上彼此相鄰，且具有錐輪的形式。齒的組數(shù)并未具體受限，且可在I至10的范圍內(nèi)。定位在最下方的ー排齒4a可離第二最下方的ー排4b有較長的距離，使得內(nèi)切割刀片7可置于成排的齒之間。處理工具5包括中心孔，該中心孔用作攪拌元件11的引導管13的滑動支承。在面對蓋的一端處，該支承孔可設有指向內(nèi)側(cè)的肋條，其在引導管13處接合環(huán)形凹槽來沿軸向引導后者。在處理工具5中的孔的上端處，提供了液壓密封件12。背對蓋2的引導管13的一端可提供為罩蓋14的形狀，例如，錐形地延伸的末梢或斜面，以便在處理期間導致材料載置于其上來自動地滑落且引導回齒4a_c。罩蓋14可有意地制造成例如移液管不可穿透。在該實施例中，罩蓋14、末梢和引導管13優(yōu)選由相同材料制成，和/或彼此一體地形成，例如，以單ー構件方法如注射模制形成。在本發(fā)明的另ー實施例中，罩蓋14形成為使得其可由適合的工具如移液管穿透。出于此目的，罩蓋14或罩蓋的末梢可設有預定破壞點，或可由弾性材料如硅制成，或為PTFE制成的透氣膜片。在攪拌元件11的外周處，輸送元件8以螺線形式延伸。輸送元件8的內(nèi)表面以碾磨和切割方式引導穿過齒4a_c的齒冠。此外，當攪拌元件11相對于處理工具5旋轉(zhuǎn)時，輸送元件8越過切割刀片來進一步碾磨和切割待分離的物質(zhì)。在處理工具5的外周(最外部的位置)處，至少ー個外切割刀片6定位成緊鄰實驗容器。外切割刀片6確保在處理期間通過攪拌器11的旋轉(zhuǎn)來抵靠實驗容器移動的生物樣本不會避開分離過程，而是會經(jīng)歷進一歩破碎。為了加強分離過程，輸送元件8包括配合外切割刀片6的外槽ロ 6a。在攪拌元件11的旋轉(zhuǎn)期間，待分離的物質(zhì)由切割刀片和輸送元件8的槽ロ切割成逐漸更小的塊。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，處理工具除外切割刀片6之外還包括至少ー個內(nèi)切割 刀片7。輸送元件8優(yōu)選為設有配合至內(nèi)切割刀片7的一個或多個內(nèi)槽ロ 7a。內(nèi)切割刀片6和外切割刀片7的組合容許樣本的粗破碎。由于處理工具可具有多組齒，故有可能的是將多個內(nèi)切割刀片7定位在兩組齒之間，例如，4a和4b之間。圖中示出了具有三組齒的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，至少ー個內(nèi)切割刀片7定位在外側(cè)組與中間組的齒之間，而至少ー個外切割刀片6定位在處理工具5的外周(最外部的位置)處。輸送元件8配備有在攪拌元件11旋轉(zhuǎn)期間配合到切割刀片的ー個或多個內(nèi)槽ロ 7a和外槽ロ 6a。引導管13和/或攪拌元件11結合輸送元件8通過外部驅(qū)動馬達(圖I至圖3中未示出)來投入旋轉(zhuǎn)，其中其驅(qū)動軸經(jīng)由蓋2接合到引導管13中。通過布置在其孔處的切ロ 16來確保引導管13貼合地夾入。圖I和圖2中示出了具有篩網(wǎng)的本發(fā)明的實施例，其中篩網(wǎng)9在實驗測試容器I的底端插入。實驗測試容器I的底座10可為水平的或凸出的，或如圖I中所示那樣形成為儲槽。可選的是，底座10設有如圖I中所示的可封閉的孔ロ 19和如圖2中所示的非可封閉的孔ロ 20。為了提高輸送元件8的有效性，容器I的殼體變窄了 120°角，例如，變窄區(qū)段的上端可形成容器I中的弦桿。圖2中示出了該實施例。實例
利用根據(jù)本發(fā)明(Exl-Ex5，如圖I和圖2中所示)的裝置和W02006/081694(C1-C3，未根據(jù)本發(fā)明)中公開的均化和混合室來均化的老鼠的肺和心臟組織。出于此目的，組織首先在PBS緩沖液中清洗，且然后利用2. 5ml的PBS緩沖液引入裝置中，裝置均配備了具有O. 6 X O. 6mm網(wǎng)目尺寸的可穿透的篩網(wǎng)，但沒有孔口和通風裝置。該裝置由 gentleMacs (Miltenyi Biotec GmbH)硬件接合，且以內(nèi)置的 gentleMacs 程序/協(xié)議〃 Heart_0r(H_01)和〃 Lung_01〃 (L_01)或裝置的旋轉(zhuǎn)速度設置來操作。在破碎之后，材料被過篩，并且通過由移液管穿透篩網(wǎng)從容器除去材料。通過I至4范圍(4 最好，I :最差)的目測鑒定(VA)來評估所獲得的材料。単位為mm的平均顆粒尺寸(APS)通過將處理的組織與具有已知顆粒尺寸的標準顆粒進行目測比較來確定。在處理之前和之后，篩網(wǎng)從裝置除去、干燥且稱重，以便計算未處理的樣本，即，未處理至小到足以穿過篩網(wǎng)的顆粒尺寸的樣本材料。保留在篩網(wǎng)上的未處理的材料計算為單位mg的〃殘余物〃或占原樣本重量百分比的〃殘余物〃。以下的表I和表2中匯集了源于老鼠的心臟和肺組織的結果。表I/ 心臟 ____
權利要求
1.一種用于破碎或均化生物樣本的裝置，包括 管狀實驗測試容器(I)，具有開口的第一端(3)和由底部(10)封閉的第二端； 所述實驗測試容器(I)的封閉蓋(2)，其連接到所述實驗測試容器(I)的開口端(3)； 布置在所述封閉蓋(2)中的處理工具(5)，其包括多個齒(4a-c)和具有引導管(13)的攪拌元件(11)，所述引導管(13)經(jīng)由中心孔可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述蓋(2)中，且包括適于由驅(qū)動馬達接合的接合部(16); 其特征在于， 至少一個外切割刀片(6)定位在所述處理工具(5)的外周處，以及 輸送元件(8)布置在所述引導管(13)處，所述輸送元件(8)以螺線形在所述外切割刀片(6)上向外延伸，且設有配合所述外切割刀片(6)的槽口(6a)。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述攪拌元件(11)包括至少一個內(nèi)切割刀片(7)，并且所述輸送元件(8)設有配合所述內(nèi)切割刀片(7)的槽口(7a)。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于壓力補償?shù)耐L裝置(14)。
4.根據(jù)權利要求I至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述攪拌元件(11)包括頂部罩蓋(14)，所述頂部罩蓋(14)由與所述攪拌元件(11)相同的材料制成。
5.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括篩網(wǎng)(9)，所述篩網(wǎng)(9)定位在所述實驗測試容器(I)中離所述底部(10)有一定距離，使得底部空間與所述封閉蓋(2)處的空間分開。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述篩網(wǎng)(9)為可刺穿或可穿透的，或包括可由移液管末梢刺穿或穿透的區(qū)域。
7.根據(jù)權利要求I至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述管狀實驗測試容器(I)包括可封閉的孔口(19)。
8.根據(jù)權利要求I至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述管狀實驗測試容器(I)包括非可封閉的孔口(20)。
9.根據(jù)權利要求I至8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述齒(4a-c)包括針對所述輸送元件(8)的隔離元件。
10.根據(jù)權利要求I至8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述輸送元件(8)包括針對所述齒(4a_c)的隔離元件。
11.根據(jù)權利要求I至10中任一項所述的裝置，其特征在于，所述蓋(2)和/或所述管狀實驗測試容器(I)包括接頭位置或咬合點。
12.根據(jù)權利要求I至11中任一項所述的裝置，其特征在于，所述管狀實驗測試容器(I)包括在內(nèi)側(cè)的至少一個翼片或凸脊(21)。
13.一種用于在根據(jù)權利要求I至12中任一項所述的裝置中提取、破碎、混合或均化生物樣本的過程，其中所述攪拌元件(11)相對于所述封閉蓋(2)和所述處理工具(5)旋轉(zhuǎn)，從而在至少一組齒(4a-c)上引導所述輸送元件(8)且引導至少一個外切割刀片(6)以碾磨和切割的方式通過所述輸送元件(8)的槽口(6a)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于破碎和均化生物樣本的裝置，包括管狀實驗測試容器(1)，其具有開口的第一端(3)和由底部(10)封閉的第二端；實驗測試容器(1)的封閉蓋(2)，其連接到實驗測試容器(1)的開口端(3)上；布置在封閉蓋(2)中的處理工具(5)，其包括多個齒(4a-c)和具有引導管(13)的攪拌元件(11)，引導管(13)經(jīng)由中心孔可旋轉(zhuǎn)地安裝在蓋(2)中，且包括適于由驅(qū)動馬達接合的接合部(16)；其中至少一個外切割刀片(6)定位在處理工具(5)的外周處，而輸送元件(8)布置在引導管(13)處，輸送元件(8)以螺線形在外切割刀片(6)上向外延伸，且設有配合外切割刀片(6)的槽口(6a)。還涉及一種提取、破碎、混合或均化生物樣本的過程。
文檔編號B01L3/00GK102847565SQ20121021460
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權日2011年6月27日
發(fā)明者R-P.彼特斯, G.溫克爾邁耶, E.卡巴哈, F.G.布歇爾, W.施泰特斯 申請人:美天施生物科技有限責任公司