KR20170131634A - 생물학적 시료를 가온하기 위한 자체-가열 장치 - Google Patents

Abstract

생물학적 시료를 가온하기 위한 방법 및 장치는 열조절 물질로 제조된 히터 및 외부 챔버를 이용한다. 외부 챔버는 외면, 및 상기 외부 챔버의 외면중 적어도 일부와 작동적으로 접촉하는 히터를 구비한 내면을 포함한다. 상기 외부 챔버의 내면에 의해 한정된 생물학적 시료 수용 영역이 포함되며, 상기 생물학적 시료 수용 영역은 상기 생물학적 시료를 동작 가능하게 수용하도록 구성되고, 상기 생물학적 시료의 어는점 근처 또는 그보다 낮은 어는점을 갖는 액체를 포함하며, 상기 내면 및 액체 중 하나 이상이 상기 생물학적 시료와 밀접하고 친밀하게 접촉한다. 상기 열조절 물질은 히터에 의해서 외부챔버에 열이 가해지는 경우에 대체로 일정한 소정의 온도를 얻고 이것을 유지하게 될 것이다.

Description

생물학적 시료를 가온하기 위한 자체-가열 장치

본 발명은 보존된 생물학적 시료를 균일하게 가열하기 위한 가온장치에 관한 것으로, 노출되는 시료의 최대온도를 조절하면서 균일하게 가열한다.

많은 살아있는 세포를 함유한 시료 및 장치는 추후 사용을 위해 시료가 해동되리라는 의도로서 저온(예를들어, -80℃)에서 동결되어 저장된다. 얼음 및 얼음결정 형성과 관련된 손상을 최소화하기 위해 글리세린과 같은 동결 방지제가 종종 동결 용액에 첨가된다. 급속 동결은 얼음결정 형성을 더 방지할 수 있지만, 시료에 심한 스트레스를 유발할 수 있다.

살아있는 세포를 함유한 시료 및 장치를 해동할 때, 시료를 신속하게 가온하는 동시에 세포 생존능력에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 온도편차를 최소화하는 것이 바람직하다. 현재, 동결된 생물학적 시료는 종종 20℃ 내지 60℃의 온도 범위를 갖는 수조에서 자주 가온하게 된다. 수조와 관련된 주요 문제는 수조가 휴대성이 부족한 경향이 있으며 일반적으로 신속하게 원하는 온도로 변화시키고 평형을 이룰 수 없다는 것이다.

따라서, 원하는 온도 또는 원하는 온도 범위 내에서 유지되는 동안 동결된 생물학적 시료를 신속하고 균일하게 가열할 수 있는 휴대용 가온 장치가 필요하다. 본 발명은 이러한 문제점 및 다른 문제점을 해결하기 위해 제공된다.

본 발명은 일단 가온된 생물학적 시료에 손상을 입히게 되는 온도보다 높은 대체로 일정한 온도로 생물학적 시료를 가온하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 장치는 히터 및 열조절 물질로 제조된 외부챔버를 포함한다. 상기 외부챔버는 외면과 내면을 포함한다. 상기 히터는 상기 외부챔버에 열을 가하기 위해서 상기 외부챔버의 외면의 적어도 일부와 작동적으로 접촉한다. 상기 장치는 상기 외부챔버의 내면에 의해서 한정되는 영역을 수용하는 생물학적 시료 수용 영역을 더 포함한다. 상기 생물학적 수용 영역은 동결되거나 다른 상태의 생물학적 시료를 직접적으로 또는 컨테이너 내에 작동적으로 수용한다. 생물학적 시료는 생물학적 시료 수용영역에 있는 액체에 의해 선택적으로 에워싸이면서 친밀하게 접촉할 수 있다. 생물학적 시료의 어는점에 가까운 또는 그 이하의 어는점을 갖는 액체를 선택하는 것이 바람직 할 수 있다. 일단 히터가 활성화되면, 열조절 물질은 열이 외부챔버에 전달된 후 대체로 일정한 소정의 온도를 얻고 유지한다. 전술한 내용에도 불구하고, 히터는 외부챔버의 외면과 화학적 또는 기계적 접착과 같이 일체로 연관되거나 또는 히터가 외부 챔버와 부수적으로 기계적으로 결합된 별도의 부품인 것으로 고려되는데, 이것은 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 열조절 물질은 상기 히터로부터 상기 열조절 물질에 가해지는 소정의 온도에 노출될 때 액체상태로의 상변화를 겪는 고체물질일 수 있다. 상기 히터로부터 상기 열조절 물질에 가해지는 열이 고체상태로부터 액체상태로의 상기 열조절 물질의 상변화를 유도하는 동안에 상변화가 완료되고 전체 열조절 물질이 액화될 때까지 상기 열조절 물질의 융해 잠열로 인하여 상기 열조절 물질의 온도는 대체로 일정하게 유지될 것이다. 그것이 녹을 때, 상기 열교환 장치는 생물학적 시료를 둘러싸면서 친밀하게 접촉하는 액체로 열을 전달할 것이다. 생물학적 시료에 제공되는 열은 시료에 손상을 끼침이 없이, 즉, 시료에 손상을 줄 수 있는 너무 높거나 임계값을 초과하지 않는, 생물학적 시료를 해동 및/또는 가온하는 온도이어야 한다. 가열 단계가 완료된 후, 열축전기 재료가 재응고됨에 따라 열축전기의 융해 잠열이 다시 작용할 수 있다. 만약 생물학적 시료를 에워싸고 있는 액체가 용융되거나 부분적으로 녹은 열축전기의 온도보다 낮은 온도로 유지된다면, 열축전기의 응고과정에 의해 방출된 열은 생물학적 시료를 에워싸면서 친밀하게 접촉하는 액체를 계속 따뜻하게 하고, 따라서 생물학적 시료 자체를 계속 따뜻하게 해준다. 열조절 물질의 예는 본 출원인의 공동-계류중인 미국 특허공개공보 제 2014/0109889 호에서 확인할 수 있으며, 이의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 장치는 생물학적 시료 수용영역 내에 제거가능하게 위치하는 컨테이너를 포함한다. 상기 컨테이는 외면을 포함하며, 상기 외면의 적어도 일부는 상기 외부챔버의 내면에 의해서 둘러싸여서 작동적으로 접촉하게 된다. 상기 컨테이너는 또한 내면, 상기 생물학적 시료의 작동적인 위치선정을 위한 내부영역, 및 상기 생물학적 시료를 에워싸면서 친밀하게 접촉하도록 사용되는 어느 액체를 가질 것이다. 상기 컨테이너는 상기 생물학적 시료에 손상을 끼침이 없이 상기 생물학적 시료를 가열하여 해동 또는 가온할 수 있도록 하기 위하여 열조절 물질로부터 효과적인 열전달을 가능하게 하는 물질, 예를 들면 유리나 플라스틱 병으로 제조될 것이다. 상기 장치는 상기 컨테이너를 열조절 물질 또는 상기 컨테이너를 에워싸는 어느 액체를 둘러싸서 격리시킬 수 있는 슬리이브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 히터는 발열반응으로부터 열을 생성하는 히터로 이루어진다. 상기 히터는 예를 들면 본 출원인의 공동-계류중인 미국 특허공개공보 제 2014/0109889 호, 제 2014/0102435 호 및 제 2013/0174835 호(이의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨)에 개시된 산소 활성 히터가 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 열조절 물질은 야자유, 야자핵 기름, 코코넛 오일, 수소화 팜유, 수소화 야자핵 기름, 수소화 코코넛 오일, 수소화 대두유, 수소화 면실유, 폴리에틸렌 글리콜의 디스테아레이트 또는 이들의 조합으로부터 제조될 수 있다. 또한, 상기 열조절 물질은 또한 1-헥사데칸올을 포함할 수 있다. 열조절 물질을 형성하기 위해서 사용된 물질에 관계없이, 열조절 물질은 상기 열조절 물질은 약 37℃의 녹는점을 가져야 하며, 적어도 20 cal/g의 잠열을 가져야 한다. 보다 바람직하게는, 열조절 물질은 적어도 30 cal/g, 또는 심지어 더욱 바람직하게는 적어도 적어도 40 cal/g의 잠열을 가질 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 생물학적 시료를 균일하게 가온하기 위한 방법이 제공된다. 외부챔버 및 상기 외부챔버의 내면에 의해서 한정되는 내부챔버를 갖는 장치의 외면에 히터가 결합된다. 상기 외부챔버는 열조절 물질을 포함하거나 열조절 물질로부터 형성될 수 있고, 반면에 상기 내부챔버는 컨테이너를 수용하기 위한 적어도 부분적으로 속이빈 부분을 포함한다. 동결되거나 다른 형태의 생물학적 시료가 상기 내부챔버 내로 삽입될 수 있다. 그러면 상기 히터가 활성화되어 열을 상기 외부챔버에 있는 열조절 물질로 전달하기 시작한다. 열조절 물질에 의해서 수용되는 열은 열조절 물질을 가열하게 되고, 일정한 온도를 유지하면서 용융을 시작하게 된다. 그러면, 열은 열조절 물질로부터 내부챔버로 전달되고, 이에 위해 생물학적 시료가 따뜻해지게 된다. 동결된 시료들은 해동되거나 가열될 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 생물학적 시료를 균일하게 가온하기 위한 방법이 제공된다. 외부챔버 및 상기 외부챔버의 내면에 의해서 한정되는 내부챔버를 갖는 장치의 외면에 히터가 결합된다. 상기 외부챔버는 열조절 물질을 포함하거나 열조절 물질로부터 형성될 수 있고, 반면에 상기 내부챔버는 컨테이너를 수용하기 위한 적어도 부분적으로 속이빈 부분을 포함한다. 동결되거나 다른 형태의 생물학적 시료와 밀착하여 친밀하게 접촉하는 액체를 보유하는 컨테이너가 상기 내부챔버 내로 삽입될 수 있다. 그러면 상기 히터가 활성화되어 열을 상기 외부챔버에 있는 열조절 물질로 전달하기 시작한다. 열조절 물질에 의해서 수용되는 열은 열조절 물질을 가열하게 되고, 일정한 온도를 유지하면서 용융을 시작하게 된다. 그러면, 열은 열조절 물질로부터 액체로 전달되고, 액체로부터 생물학적 시료로 다시 전달된다. 동결된 시료들은 해동되거나 가열될 것이다.

본 발명의 추가적인 특징, 이점 및 실시 예는 상세한 설명 및 도면의 고려로부터 설명되거나 명백해질 수 있다. 또한, 본 발명의 전술한 요약 및 이하의 상세한 설명, 도면 및 첨부는 예시적인 것이며 청구된 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하지 않고 추가 설명을 제공하도록 의도된 것이다.

본 명세서의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 개시의 실시 예들을 도시하고 상세한 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다. 개시에 대한 기본적인 이해와 그것이 실행될 수 있는 다양한 방법에 필요한 것보다 더 자세하게 개시의 구조적 세부 사항을 보여주기 위한 어떠한 시도도하지 않는다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 실시 예의 상부 사시도;
도 2는 본 발명의 실시 예의 상부 사시도;
도 3은 본 발명의 실시 예의 상부 사시도;
도 4는 본 발명의 다중 실시 예들에서 이용되는 제거가능한 컨테이너의 정면도;
도 5는 본 발명의 실시 예를 절개하여 나타낸 상부 사시도;
도 6은 본 발명의 실시 예를 절개하여 나타낸 상부 사시도;
도 7은 본 발명의 실시 예를 절개하여 나타낸 상부 사시도;
도 8은 본 발명의 실시 예의 정면도;
도 9는 본 발명의 실시 예의 평면도; 및
도 10은 본 발명의 예시적인 특징 곡선을 나타낸 도면.

본 명세서, 개시 및 다양한 특징들 및 유리한 세부 사항들은 첨부 도면들에 설명되고 및/또는 도시되고 이하의 상세한 설명에서 설명되는 비-제한적인 실시 예들 및 예들을 참조하여 더욱 완전하게 설명된다. 도면들에 예시된 특징들은 축척대로 도시되지 않았으며, 일 실시 예의 특징들은 본원에 명시적으로 언급되지 않더라도 당업자가 인식 할 수 있는 다른 실시 예들과 함께 사용될 수 있음을 알아야 한다. 공지된 구성 요소 및 처리 기술의 설명은 본 발명의 실시 예를 불필요하게 불명료하게 하지 않도록 생략될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 예는 단지 본 발명이 실시 될 수 있는 방법의 이해를 용이하게 하고 당업자가 본 발명의 실시 예를 실시 할 수 있도록 하기 위한 것이다. 따라서, 본 명세서의 실시 예 및 실시 예는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명은 생물학적 시료를 손상시킬 온도보다 낮은 온도에서 생물학적 시료에 실질적으로 일정한 온도를 제공함으로써 동결된 또는 다른 형태의 생물학적 시료를 가온(加溫)하기 위한 장치에 관한 것이다. 전체 시료에 걸쳐 균일한 가열을 제공하기 위해, 상기 장치는 액체를 포함할 수 있거나, 또는 해동을 위해 생물학적 시료의 전체 표면에 실질적으로 접착하도록 형성되거나 가단성 있는 부분을 가질 수 있다. 균일 한 해동 및/또는 가온을 제공하기 위해 열전달이 실질적으로 균일하고 시료의 전체 표면에 걸쳐서 이루어지는 것이 중요하다.

도 1은 본 발명에 의해 고려되는 바와 같이 생물학적 시료를 가온하기 위한 장치의 실시 예의 정면 사시도를 나타낸다. 장치(10)는 히터(12), 및 외면(16)과 내면(18)을 포함하는 외부챔버(14)를 포함한다. 내면(18)은 외부챔버(14)의 적어도 일부를 통해서 수직으로 연장되는 저장소 또는 생물학적 시료 수용영역(20)을 한정한다. 여기에서 설명한 장치들에 있어서, 공통의 참조부호들은 예를 들어 외부챔버(14, 114, 214)과 같은 다른 실시 예들에 걸쳐 실질적으로 유사한 요소들을 언급할 것이다. 논의된 것을 제외하고, 임의의 단일 실시 예와 관련하여 논의 된 특성들은 직접적으로 참고하던지 또는 그렇지 않든지 간에 다른 실시 예와 실질적으로 유사할 것이다.

히터(12)는 외면(16)에서 외부 챔버(14)와 동작 가능하게 접촉하거나, 연결되거나 그렇지 않으면 결합하며, 외부 챔버를 부분적으로 또는 전체적으로 둘러쌀 수 있다. 히터는 외부 챔버에 연결되어 열을 생성 및 전달할 수 있는 임의의 장치 일 수 있다. 예를 들어, 히터(12)는 예를 들어 산소 활성화된 히터와 같이 발열 반응의 결과로 열을 발생시키는 히터일 수 있다. 산소 활성화된 히터가 사용될 때, 히터는 히터를 활성화시키는 풀 탭(122)(도 2 참조) 또는 유사한 요소를 포함할 수 있다. 이와는 달리, 히터(12)는 예를 들어 배터리로 전원이 공급되거나 전원에 연결하기 위한 전원 코드를 포함하는 전기 랩 또는 슬리이브일 수 있다. 물론, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 다른 유형의 히터가 또한 고려될 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 장치가 집적된 또는 연관된 히터를 포함하지 않을 수도 있음이 고려된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 장치(210)는 저장소 또는 생물학적 시료 영역(220)을 한정하는 외면(216)과 내면(218)을 갖는 외부 챔버 (214)를 포함하며, 도 1의 장치(10)와 실질적으로 동일한 방식으로 구성된다. 히터가 초기에 제공되지 않을 때(또는 장치의 전체 구조의 일부로서 외부 챔버와 통합되거나 결합되는 경우), 장치를 작동시키기 위해 사용자는 장치를 활용하고 작동시키기 위해 히터를 외부 챔버(214)의 외면(216)에 물리적으로 결합시킬 수 있다.

실질적으로 일정한 온도에서 생물학적 시료의 균일한 가열을 보장하기 위해, 외부 챔버(14)는 열조절 물질을 포함하거나 실질적으로 열조절 물질로 구성될 수있다. 열조절 물질은 외부 챔버(14) 자체를 형성하거나, 외부 챔버(14)의 적어도 내면 및 외면을 형성하는 열 전도성 하우징 또는 케이싱 내에 수납될 수 있다. 외부 챔버에 가해진 열은 외면(16)을 통과하고 열조절 물질에 의해 내면(18)을 통해 생물학적 시료 수용 영역(20)에 수용된 생물학적 시료로 전달된다.

해동 및/또는 가온 공정 전반에 걸쳐 상대적으로 일정한 소정의 온도를 보장하기 위해, 열조절 물질은 일단 히터(12) 또는 몇몇 다른 결합된 히터가 활성화되어 상기 외부챔버에 열을 제공하면 증착된 생물학적 물질에 손상을 줄 수 있는 융점보다 낮은 융점을 갖는 고체 물질이어야 한다. 고체에서 액체로의 상변화를 겪는 동안에, 열조절 물질의 온도는 모든 고체 물질이 녹고 열조절 물질이 완전히 액화될 때까지 융점 온도 근처에서 실질적으로 일정하게 유지될 것이다. 또한, 활성 가열 단계가 종료된 후에 열조절 물질의 온도는 실질적으로 일정하게 유지되고 열조절 물질은 다시 응고된다. 이러한 의미에서, 특정 장치(10)에서 사용하기 위한 재료는 샘플이 해동되는 속도 및 특정 샘플이 손상될 온도에 기초하여 원하는 출력 온도를 제공하도록 선택될 수 있다. 열조절 물질이 다시 응고 될 때, 상 변화가 진행되는한 대체로 일정한 온도에서 예를 들어, 컨테이너 및/또는 주변 액체와 같이 생물학적 수용 영역과 생물학적 시료 및 그안에 중착된 모든 중간 매개체에 잠재적인 열을 전달할 수 있다.

열조절 물질을 위해 사용될 수 있는 물질은, 하기의 예로서 제한되는 것은 아니지만, 야자유, 야자핵 기름, 코코넛 오일, 수소화 팜유, 수소화 야자핵 기름, 수소화 코코넛 오일, 수소화 대두유, 수소화 면실유, 폴리에틸렌 글리콜의 디스테아레이트 또는 이들의 혼합물이다. 열조절제는 1-헥사데칸올을 또한 함유할 수 있다. 시료가 가열될 원하는 온도에 따라 원하는 수의 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 시료의 원하는 온도가 37℃인 경우, 약 400 g/mol의 글리콜 사슬 또는 야자유가 사용될 수 있다. 열조절 물질에 사용된 물질의 잠열은 신속하고 완전한 해동을 보장하기 위해 적어도 20 cal/g 이어야 하며,보다 바람직하게는 30 cal/g 또는 심지어 40 cal/g 이어야 한다. 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 사용되는 물질의 유형 이외에, 사용되는 물질의 양은 또한 상기 생물학적 수용 영역 및 최종적으로는 그 안의 임의의 샘플에 제공되는 온도를 제어 할 수 있다.

생물학적 시료 수용 영역(20)은 동결된 생물학적 시료일 수 있는 생물학적 시료를 작동 가능하게 수용하고, 내부액체 등과 같은 중간체의 사용을 통해 시료와 외부 챔버(14)의 내면(18) 사이의 밀접하고 친밀한 접촉을 용이하게 하도록 구성된다. 생물학적 시료 수용 영역은 적어도 하나의 영구적으로 또는 선택적으로 개방 된 부분을 가지며, 임의의 생물학적 재료, 매개체, 액체, 슬리이브를 수용하고 유지하기 위해 외부 챔버의 길이의 일부를 따라 연장되는 실질적으로 중공부 및/또는 해동 및/또는 가온 과정에서 사용되는 용기를 갖는 것으로 고려된다. 생물학적 시료 수용 영역은 원하는 대로 형상화될 수 있으며, 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 시료 또는 컨테이너를 매치시키기 위한 특정 형상 또는 구성을 제공하도록 성형가능하거나 가단성을 가질 수 있다. 액체와 같은 매개체가 사용될 때, 시료의 표면 또는 시료를 수용하는 용기와의 긴밀한 접촉이 보장되어 열이 생물학적 시료의 전체 표면 또는 생물학적 시료를 수용하는 용기에 균일하게 전달되도록한다. 액체가 사용되는 경우, 액체는 시료가 침착되거나 잠긴 후에 액체의 동결을 방지하거나 최소화하기 위해 시료의 동결 온도보다 낮거나 같은 어는점을 가져야 한다.

생물학적 수용 영역(20)에 침착될 임의의 액체 및/또는 생물학적 시료는 그 안에 직접적으로 침착될 수 있다. 예를 들어, 시료가 생물학적 시료 수용 영역 내에 함유된 액체에 직접 침착되어야 하는 실시 예들에 있어서, 상기 수용 영역은 액체가 생물학적 시료 수용 영역을 빠져나가는 것을 방지하기 위해 한쪽 또는 양쪽 말단에서 적어도 선택적으로 개폐 가능할 수 있다. 바람직하게는, 도 1 및 도 2의 정면 절개도인 도 5에 도시된 바와 같이, 생물학적 수용 영역의 적어도 하나의 단부는 생물학적 시료 수용 영역(20) 내에서 액체를 둘러싼 컨테이너(124)를 포함 할 수 있는 영역(34)으로부터 액체가 누설되는 것을 더 잘 막기 위해 영구적으로 밀봉되거나 폐쇄될 것이다. 만일 샘플 및/또는 상기 샘플을 보유하는 콘테이너가 도 1 및 2의 정면 절개도인 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 시료에 대한 것과 같이 수용체 내에 액체가 없는 수용 영역에 증착되어야 하면, 상기 수용 영역은 특정의 병 또는 콘테이너에 정합될 수 있고 및/또는 상기 수용 영역의 한 단부 또는 양 단부는 선택적으로 또는 영구적으로 개방될 수 있다.

장치(10 또는 110)는 도 2 및 4에 도시된 컨테이너(124)와 같이 제거 가능한 컨테이너를 포함할 수 있다. 컨테이너(124)는 생물학적 시료 수용 영역(20,120) 내로 증착될 때 내면(18,118)과 직접적으로 작동가능하게 접촉하도록 위치하여 열이 내면(18,118)으로부터 컨테이너(124)(예를 들어 도 6에 나타낸 바와 같이)로 직접적이고 효과적으로 전달되게 하는 외면(126)을 포함한다. 이와는 달리, 액체가 생물학적 시료 수용 영역(20,120)의 한 영역 또는 부분(예를 들어, 도 5의 생물학적 시료 수용 영역(20)에 있는 영역(34)와 같은)에 증착되는 경우, 그 액체는 내면(18,118)보다는 액체와 밀착하여 친밀하게 접촉하도록 위치할 수 있다.

컨테이너의 내면 및 외면이 열의 도관으로 작용하는 한, 컨테이너는 수용 가능한 열 전달 계수를 갖는 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 이때 허용되는 열 전달 계수는 컨테이너에 들어있는 시료 또는 컨테이너 자체에 손상되지 않게 열을 통과시키기에 충분한 계수를 의미한다. 예를 들어, 컨테이너는 유리, 플라스틱 또는 세라믹으로 구성될 수 있으며, 또는 유리 병이나 시험관일 수 있다.

추가의 액체 및 생물학적 시료를 보유하는 제거 가능한 컨테이너의 예가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 컨테이너(124)는 외면(126), 내부 영역/표면(128)을 가지며, 내면(128) 및 생물학적 시료(132)와 직접적으로, 작동적으로 및 밀접하게 접촉하여 액체(130)를 보유한다. 슬리이브(125)는 액체가 연관된 생물학적 시료 수용 영역에서 사용되는 경우 상기 유리병을 보호하기 위해 컨테이너(124)를 에워싸도록 포함될 수 있다. 도 1 및 2의 정면 절개도인 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 컨테이너(124)의 외면(도 5에서 점으로 도시됨)은 외부 챔버(14 또는 114)의 내면(18 또는 118)과 직접 접촉할 것이다. 컨테이너가 사용되지 않는 경우에는, 도 5에 도시 된 바와 같이, 액체(30)는 생물학적 시료 수용 영역(20) 및 상기 액체(30)에 침착된 생물학적 시료(32)에 직접 위치될 수 있다. 상기 장치를 구비한 히터를 사용하지 않은 실시 예들에서는 도 3에 도시 된 바와 같이 장치의 내부는 실질적으로 동일하게 유지 될 것(외면(16)을 둘러싸는 히터(12)가 간단히 제거되고 제공되지 않을 것임)임을 알 수 있을 것이다.

도 7은 액체없이 이용될 수 있는 장치, 즉, 생물학적 시료 또는 컨테이너 내의 생물학적 시료가 생물학적 시료 수용 영역내로 직접적으로 증착될 수 있도록 하여 외부챔버의 내면이 샘플과 직접적으로 접촉하게 하는 장치(10')의 예를 나타낸다. 도 7에 도시 된 바와 같이, 장치(10')는 히터(12')(다시 선택적으로, 도 3 참조)와, 상기 히터(12')에 작동 가능하게 연결된 외면(16') 및 생물학적 수용 영역(20')을 한정하는 내면(18')을 갖는 외부 챔버(18')를 포함한다. 생물학적 시료932')는 생물학적 시료 수용 영역(20')에 직접적으로 증착되고, 상기 내면(18')은 상기 시료의 직접적인 가열을 제공하기 위해 생물학적 시료(32')의 전체 외면에 친밀하게 그리고 직접적으로 접촉하도록 형성되거나 변형된다. 이러한 실시 예에서, 시료의 전체 표면에 걸쳐 균일한 가열을 보장하기 위해, 외부 챔버(14')는 시료 주위에 형성하기 위해 형성 가능하거나 가단성을 가질 수 있다. 예를 들어, 외부 챔버(14')는 시료 주위의 조작 및 형성을 허용할 왁스와 같은 재료를 사용하여 구성될 수 있다. 도 6에 도시되지는 않았지만, 도 2 및 도 6에 예를 들어 점으로 도시된 바와 같은 생물학적 시료 수용 영역 내에서 사용될 수 있는 것으로 고려된다.

작동시에, 상기 장치는 다음과 같이 작동한다. 장치(10, 110, 210)는 해동 및/또는 가온 과정동안에 이용되는 임의의 액체(30, 130)와 함께 생물학적 시료(32), 또는 생물학적 시료 수용 영역(20, 120, 220) 내에 침착된 생물학적 시료(132)을 보관하는 컨테이너(124)를 가질 것이다. 히터(12,112) 또는 도 3의 경우에 있어서 상기 장치(210)에 부착된 외부 히터는 활성화되어 외부 챔버(14, 114, 214)의 외면(16,116,216)에 가열을 전달하기 시작할 것이다. 일단 히터가 작동되면, 외부챔버 내의 열조절 물질은 가열되기 시작하고 상 변화를 거치며 내면 (18,118 218)을 통해 생물학적 시료 수용 영역으로 열을 전달하기 시작할 것이다.열조절 물질에 의해 제공되는 일정한 온도는 어느 컨테이너, 액체 또는 생물학적 시료를 직접적으로 가열하여 생물학적 시료를 해동하거나 따뜻하게 하는데 사용된다. 열조절 물질은 실질적으로 일정한 온도 (± 2℃의 범위 내에)에서 상 변화를 겪기 때문에, 상기 수용 영역에 제공되는 열의 온도는 실질적으로 일정하게 유지될 것이고 상기 시료를 손상시킴이 없이 해동 및/또는 가온시킬 수 있는 양으로 설정될 수 있다. 바람직하게는, 열조절 물질은 시료가 완전히 해동 및/또는 가온될 때 열조절 물질의 90 % 이하가 용융되지 않도록 조절되고 구성된다. 90%를 목표로 하면 낭비되고 용해되지 않은 물질을 줄이면서 시료에 대해 얼마간의 보호를 제공하여 생물학적 시료 수용 영역에 부여된 온도가 시료를 손상시키는 임계치를 초과하지 않도록 해야한다. 생물학적 시료를 단순히 해동하도록 의도된 장치에서, 열적 조절 물질은 열 조절제의 녹는점보다 높은 온도로 의도하지 않은 온도 상승을 방지하기 위해 녹지 않을 수 있고 안전 기능으로 작용할 수 있다.

본 명세서에서 논의된 바와 같이, 사용되는 임의의 액체는 또한 액체 특성에 기초하여 선택되어야 한다. 가장 중요한 점은 액체의 응고점이 어느 시료의 온도 근처이거나 그보다 낮아야하고 열조절 물질에 의해 제공되는 온도보다 낮은 비점을 가져야 한다. 예를 들어, 작동시 사용되는 액체는 동결 및 비등을 방지하기 위해 -80℃ 이하의 어는점 및 105℃ 이상의 비등점을 가질 수 있다.

상기한 방법 및 상기 장치의 구조를 지지하기 위해서, 다음의 실험이 수행되었다.

실험에 사용된 장치는 도 8 및 도 9에서 볼 수 있다. 장치(300)는 히터 (302), 열 조절기로 채워진 외부 챔버(304), 및 액체로 채워진 내부 챔버(306)를 포함한다. 이 실험의 목적을 위해, 외부 챔버에 증착된 열 조절기는 20g의 폴리에틸렌글리콜 디스테아레이트( "PEG Distearate") 였고 액체는 20g의 물이었다. 히터 활성화를 허용하기 위해, 장치(300)는 히터(302)로의 공기 접근이 히터를 활성화 시키도록 패턴으로 형성된 외부 개구부(308)가 제공된다. 이 실험에 있어서, 열원은 아연-공기 반응을 사용하여 열을 발생하도록 선택되었다.

히터 활성화 후, 내부 챔버 내의 액체 온도는 37℃로 상승하였다. 일단 액체가 37℃에 도달하면, 2 개의 병(310 및 312)은 각각 1.3 mL의 동결 수용액을 함유하고 -65℃로 냉각되었고, 이를 가열된 물에 넣었다. 병들 및 내부 챔버 내의 열전쌍을 사용하여 병들 내의 액체와 시료의 온도를 기록했는데, 이것은 가열된 액체에서 5분 이내에 30℃의 온도에 도달하였다. 또한, 열 조절기는 온도가 37℃를 초과하는 것을 성공적으로 방지했다.

도 10은 액체 내의 병들의 가열 결과를 나타내는 특성 곡선을 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 유리병 1(310) 및 유리병 2(312)에 대한 가열 곡선은 약 30℃로, 즉 전술 한 바와 같이 5분 이내에 신속하게 가온되고, 결국 원하는대로 약 37℃에서 수평을 이룬다. 수조 액체 곡선도 마찬가지로 냉각되어 약 37℃에서 수평을 이루며 병과 그 안의 내용물이 원하는 온도로 가열되도록 한다.

다음의 표(표 1)는 장치에 사용될 수 있는 다양한 온도 조절기에 대한 용융점과 융해 잠열을 보여준다. 원하는 가열 온도와 유리병 및 그 내용물을 해동하는 데 필요한 열 또는 시간에 따라 요구 사항을 충족시키기 위해 다양한 온도 조절기를 선택할 수 있다.

온도 조절기	녹는점(℃)	융해 잠열(cal/g)
PEG 디스테아레이트	35~37	20~40
코코아 버터	34~36	30~45
로우 MP 파라핀 19 또는 20	32~28	60
수소화 코코넛 오일	36~40	30~45

본 발명은 동결된 생물학적 시료를 해동시키는 것과 관련하여 주기적으로 논의 되었지만, 여기서 논의된 장치 및 방법은 동결되거나 동결되지 않거나 또는 이미 해동된 생물학적 물질을 균일하게 가열하는데 또한 사용될 수 있음을 이해해야한다. 본 명세서에 정의된 바와 같이, 상기 장치 및 방법은 생물학적 시료를 균일하게 가열하기 위한 것으로, 이것은 냉동된 생물학적 시료를 해동하는 것을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 상황에서, 4℃의 온도에서 약 37℃의 체온으로 냉장된 혈장 주머니를 가열하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 냉장된 혈액 또는 방금 냉장되었거나 실온에 있는 다른 생물학적 물질 이건간에, 동일한 장치 및 방법이 그러한 가열을 달성하기 위해 이용될 수 있으며, 유일한 차이는 재료가 이미 해동된 것뿐이다. 그러한 생물학적 측면의 균일 한 가열을 용이하게 하기 위해, 열 캐패시터가 시료 및 시료를 담고 있는 임의의 용기에 부착될 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징, 이점 및 실시 예는 상세한 설명 및 도면의 고려로부터 설명되거나 명백해질 수 있다. 또한, 본 발명의 전술한 요약 및 관련된 상세한 설명 및 도면은 예시적인 것이며 청구된 본 발명의 범위를 제한하지 않고 추가 설명을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.

Claims (33)

1. 생물학적 시료를 균일하게 가온하기 위한 장치로서,
   히터;
   열조절 물질로 제조된 외부 챔버 - 상기 외부챔버는 외면과 내면을 포함하고, 상기 히터는 상기 외부챔버의 외면의 적어도 일부와 작동적으로 접촉함 -; 및
   상기 외부챔버의 내면에 의해서 한정되는 영역을 수용하는 생물학적 시료 영역 - 상기 생물학적 수용 영역은 생물학적 시료를 작동적으로 수용함 -;을 포함하며,
   상기 열조절 물질은 상기 외부챔버에 열이 가해지는 경우에 대체로 일정한 소정의 온도를 얻고 이를 유지하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열조절 물질은 상기 히터로부터 상기 열조절 물질에 가해지는 소정의 온도에 노출될 때 액체상태로의 상변화를 겪는 고체물질인 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 히터로부터 상기 열조절 물질에 가해지는 열이 고체상태로부터 액체상태로의 상기 열조절 물질의 적어도 부분적인 상변화를 유도하는 동안에 상기 열조절 물질의 온도가 대체로 일정하게 유지되는 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 열조절 장치는 상기 생물학적 수용 영역에서 일정한 온도를 유지하는 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 열조절 장치는 상기 생물학적 시료에 손상을 끼침이 없이 상기 생물학적 시료를 가온할 온도로 상기 생물학적 수용 영역에 열을 가하는 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물학적 시료 수용영역 내에 위치된 컨테이너를 더 포함하며, 상기 컨테이너는 액체 및 상기 외부챔버의 내면중 하나이상에 의해서 둘러싸이고 작동적으로 접촉하는 적어도 일부를 갖는 외면을 포함하며, 상기 컨테이너는 내면, 및 상기 생물학적 시료의 작동적인 위치선정을 위한 내부영역을 포함하는 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 컨테이너는 상기 생물학적 시료 수용영역 내에 슬리이브를 포함하며, 상기 슬리이브는 상기 컨테이너를 에워싸고, 상기 상기 생물학적 시료 수용영역 내에 포함된 액체와 밀착 접촉하는 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 컨테이너는, 상기 생물학적 시료에 손상을 끼침이 없이 상기 생물학적 시료를 가열하여 가온하기 위해서 상기 열조절 물질로부터의 효과적인 열전달을 가능하게 하는 물질로 제조되는 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 컨테이너는 유리 또는 플라스틱 병으로 이루어진 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터는 발열반응으로부터 열을 생성하는 히터로 이루어진 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 히터는 산소 활성화 히터로 이루어진 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 열조절 물질은 야자유, 야자핵 기름, 코코넛 오일, 수소화 팜유, 수소화 야자핵 기름, 수소화 코코넛 오일, 수소화 대두유, 수소화 면실유, 폴리에틸렌 글리콜의 디스테아레이트 및 1-헥사데칸올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 열조절 물질은 약 37℃의 녹는점을 갖는 장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 열조절 물질의 융해 잠열은 적어도 20 cal/g인 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 열조절 물질의 융해 잠열은 적어도 30 cal/g인 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 열조절 물질의 융해 잠열은 적어도 40 cal/g인 장치.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 생물학적 수용 영역은 수용된 생물학적 시료를 에워싸면서 접촉하는 액체를 포함하며, 상기 액체는 상기 수용된 생물학적 시료의 어는점과 가깝거나 그보다 낮은 어는점을 갖는 장치.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 히터는 제거가능한 패치인 장치.
19. 생물학적 시료를 가온하기 위한 장치로서,
    외면과 내면을 포함하며 열조절 물질로 제조된 외부챔버; 및
    상기 외부챔버의 내면에 의해서 한정되는 영역을 수용하는 생물학적 시료 - 상기 생물학적 수용 영역은 동결된 생물학적 시료의 어는점에 가깝거나 그보다 낮은 어는점을 갖는 액체에 의해서 둘러싸이면서 친밀하게 접촉하는 동결된 생물학적 시료를 작동적으로 수용하고, 상기 액체는 상기 생물학적 시료 수용영역에 포함됨 -;를 포함하며,
    상기 열조절 물질은 상기 외부챔버에 열이 가해질 때 대체로 일정한 소정의 온도를 얻고 이를 유지하는 장치.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 열조절 물질은 외부 열원으로부터 상기 열조절 물질에 가해지는 소정의 온도에 노출될 때 액체상태로의 상변화를 겪는 고체물질인 장치.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 열조절 물질의 온도는 상기 히터로부터 상기 열조절 물질에 가해진 열이 상기 열조절 물질의 고체상태로부터 액체상태로, 또는 액체상태로부터 고체상태로의 상변화를 유발함에 따라서 대체로 일정하게 유지되는 장치.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 열조절 장치는 상기 동결된 생물학적 시료를 에워싸면서 친밀하게 접촉하는 액체에 대해 일정한 온도를 유지하는 장치.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 열조절 장치는 상기 생물학적 시료에 손상을 끼침이 없이 상기 생물학적 시료를 가온할 온도로 상기 동결된 생물학적 시료를 에워싸면서 친밀하게 접촉하는 액체에 열을 가하는 장치.
24. 제 19 항에 있어서, 상기 생물학적 시료 수용영역 내에 위치된 제거가능한 컨테이너를 더 포함하며, 상기 컨테이너는 상기 외부챔버의 내면에 의해서 둘러싸이고 작동적으로 접촉하는 적어도 일부를 갖는 외면, 내면, 및 상기 동결된 생물학적 시료의 작동적인 위치선정을 위한 내부영역, 상기 동결된 생물학적 시료를 에워싸면서 친밀하게 접촉하는 액체를 더 포함하는 장치.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 제거가능한 컨테이너는, 상기 생물학적 시료에 손상을 끼침이 없이 상기 동결된 생물학적 시료를 가열하여 가온하기 위해서 상기 열조절 물질로부터의 효과적인 열전달을 가능하게 하는 물질로 제조되는 장치.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 컨테이너는 유리 또는 플라스틱 병으로 이루어진 장치.
27. 제 19 항 내지 제 26 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 열조절 물질은 야자유, 야자핵 기름, 코코넛 오일, 수소화 팜유, 수소화 야자핵 기름, 수소화 코코넛 오일, 수소화 대두유, 수소화 면실유, 폴리에틸렌 글리콜의 디스테아레이트 및 1-헥사데칸올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 장치.
28. 제 19 항 내지 제 27 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 열조절 물질은 약 37℃의 녹는점을 갖는 장치.
29. 제 19 항 내지 제 28 항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 열조절 물질의 융해 잠열은 적어도 20 cal/g인 장치.
30. 제 29 항에 있어서, 상기 열조절 물질의 융해 잠열은 적어도 30 cal/g인 장치.
31. 제 29 항에 있어서, 상기 열조절 물질의 융해 잠열은 적어도 40 cal/g인 장치.
32. 생물학적 시료를 균일하게 가온하기 위한 방법으로서,
    외부챔버 및 상기 외부챔버의 내면에 의해서 한정되는 내부챔버를 갖는 장치의 외면과 히터를 결합시키는 단계 - 상기 외부챔버는 열조절 물질을 포함하고, 상기 내부챔버는 컨테이너를 수용하기 위한 적어도 부분적으로 속이빈 부분을 가짐 -;
    상기 내부챔버 내로 생물학적 시료를 삽입하는 단계;
    상기 히터를 활성화시키는 단계;
    상기 히터에 의해서 발생된 열을 상기 외부챔버에 있는 상기 열조절 물질로 전달하는 단계;
    상기 열조절 물질의 적어도 일부를 용해시켜서 생긴 잠열을 이용하는 단계;
    상기 열조절 물질로부터 발생된 열을 상기 내부챔버로 전달하는 단계; 그리고
    상기 내부챔버로 전달된 열을 사용하여 상기 생물학적 시료를 가열하는 단계;
    를 포함하는 방법.
33. 생물학적 시료를 균일하게 가온하기 위한 방법으로서,
    외부챔버 및 상기 외부챔버의 내면에 의해서 한정되는 내부챔버를 갖는 장치의 외면과 히터를 결합시키는 단계 - 상기 외부챔버는 열조절 물질을 포함하고, 상기 내부챔버는 컨테이너를 수용하기 위한 적어도 부분적으로 속이빈 부분을 가짐 -;
    생물학적 시료와 밀착하여 친밀하게 접촉하는 액체를 갖는 컨테이너를 상기 내부챔버 내로 삽입하는 단계;
    상기 히터를 활성화시키는 단계;
    상기 히터에 의해서 발생된 열을 상기 외부챔버에 있는 제1 물질로 전달하는 단계;
    상기 열조절 물질의 전부 또는 일부에서 상변화를 유도하기 위해 열을 이용하는 단계;
    상기 제1 물질로 부터 상기 컨테이너에 있는 액체로 열을 전달하는 단계;
    상기 액체로부터 상기 생물학적 시료로 열을 전달하는 단계; 그리고
    상기 액체에 의해서 전달된 열을 사용하여 상기 생물학적 시료를 가열하는 단계;
    를 포함하는 방법.

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