本發(fā)明的發(fā)明名稱為毛細(xì)管輔助玻璃化方法和裝置。公開了用于生物材料的非低溫玻璃化的裝置和方法，其包括提供一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)管通道的步驟，該毛細(xì)管通道的第一開口可操作地與由生物材料和玻璃化劑制成的含有水分的玻璃化混合物接觸。毛細(xì)管通過毛細(xì)作用吸收并且傳輸水分至第二開口，并且水分隨后蒸發(fā)到周圍低濕度氣氛直到玻璃化混合物進(jìn)入到玻璃化狀態(tài)。

本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2015年6月9日、申請(qǐng)?zhí)枮?01580042589.4、發(fā)明名稱為“毛細(xì)管輔助玻璃化方法和裝置”。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)依賴于2014年6月9日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枺?2/009,562并且要求其優(yōu)先權(quán)，通過引用其全部?jī)?nèi)容并入了本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的一個(gè)方面涉及生物材料的非低溫玻璃化，具體地涉及通過毛細(xì)管輔助快速干燥在玻璃化培養(yǎng)基(介質(zhì)，medium)中玻璃化的生物材料。

背景技術(shù)

玻璃化是從液態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形玻璃態(tài)的過程并且通常用于通過以高冷卻速率將生物材料冷卻至低溫來保存它們。在低溫下，玻璃化技術(shù)避免已知在使用較慢冷卻速率的常規(guī)深低溫保存期間形成的冰晶的損壞作用。然而，為了避免在冷卻期間的冰核形成，需要極高和潛在毒性濃度(6–8M)的冷凍保護(hù)劑(CPA)。最常用的CPA是二甲亞砜(DMSO)、甘油、乙二醇(EG)和1,2-丙二醇(PROH)。結(jié)果，需要多個(gè)步驟和復(fù)雜的精巧方案來將CPA負(fù)載到細(xì)胞和從細(xì)胞卸載。因此，多年來一直在尋求實(shí)現(xiàn)玻璃化而不需要在非低溫下將生物制品暴露于高濃度的CPA的可選途徑。

已知的是，為了在較低的CPA濃度下實(shí)現(xiàn)低溫玻璃化，需要超快速的傳熱速率。通過減小樣品體積和/或通過增加冷卻速率可以增加傳熱速率。已經(jīng)利用了許多技術(shù)以增加冷卻速率——諸如采用細(xì)吸管(straw)或超薄膜來最小化待玻璃化的體積。2013年6月20日公開的專利申請(qǐng)US2013/0157250A1公開了采用細(xì)吸管以低CPA濃度低溫玻璃化人精子的方法。最近，利用石英晶體(QC)毛細(xì)管的高導(dǎo)熱性，2013年10月3日公開的N.Chakraborty為共同發(fā)明人的專利申請(qǐng)US2013/0260452A公開了以超快冷卻速率在低CPA濃度培養(yǎng)基中玻璃化哺乳動(dòng)物細(xì)胞的方法。

在環(huán)境溫度下的無水玻璃化也可以是用于保存生物材料的可選策略。在自然界中，各種各樣的生物體可以在極端脫水中存活，該極端脫水在許多情況下與細(xì)胞內(nèi)空間中大量的(多達(dá)其干重的20％)玻璃形成糖諸如海藻糖和蔗糖的累積相關(guān)。這種“玻璃形成”糖需要存在于質(zhì)膜的兩側(cè)上以提供防止干化的損壞作用的保護(hù)。干化技術(shù)顯著地限制或抑制玻璃狀基質(zhì)中材料的生化過程。盡管通過無水玻璃化成功玻璃化許多生物材料諸如蛋白質(zhì)，但更廣泛地應(yīng)用至細(xì)胞材料仍然需要增加細(xì)胞的干化耐受性。

增強(qiáng)干化耐受性的方法包括利用含有海藻糖、甘油和蔗糖的改進(jìn)的玻璃化培養(yǎng)基。雖然用保護(hù)劑負(fù)載細(xì)胞的改進(jìn)的方法是有幫助的，但是對(duì)開發(fā)技術(shù)以便在干化期間最小化細(xì)胞損傷存在進(jìn)一步的需要。損傷和降解可能源自在干燥處理期間細(xì)胞一般對(duì)長(zhǎng)期暴露于滲透脅迫(osmotic?stress)的高敏感性。滲透脅迫可以在相對(duì)高的水分含量下甚至在保護(hù)性糖如海藻糖的存在下導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

使細(xì)胞干化的最常用的途徑包括在具有懸浮細(xì)胞的固著液滴中干燥。然而，使用固著液滴的蒸發(fā)干燥的干化是固有緩慢的并且本質(zhì)上不均勻的。當(dāng)細(xì)胞在玻璃形成溶液中干化時(shí)玻璃狀表層在樣品的液/氣界面處形成。該玻璃狀表層減慢并且最終防止樣品進(jìn)一步干化超過一定的干燥水平并且引起水含量橫跨樣品的顯著的空間不均勻性。結(jié)果，在玻璃狀表層下面的部分干化樣品中捕獲的細(xì)胞可能不玻璃化而是由于高分子遷移率而降解。