控制样品暴露于光的装置和方法与流程

1.本发明涉及一种对生物样品进行特定照明的装置，包括至少一个内部空间，内部空间被设计成容纳至少一个生物样品，或者被设计成包括容纳至少一个生物样品的至少一个容器，并且还包括至少一个照明装置，照明装置被设计成发射至少一个特定的生物活性波长，其中，内部空间至少部分地被至少一个壁元件包围，并且，除了用于观察和/或照明内部空间的至少一个窗口之外，通过至少一种不透光材料来防止光进入。本发明还涉及一种专门照射至少一种生物样品的方法，其中用至少一种特定的生物活性波长照射生物样品，并且其中通过至少一种不透光材料保护样品免受光的影响，并且可以通过至少一个窗口观察和/或照射。


背景技术：

2.光遗传学(optogenetics)是一种结合使用光和遗传编码的光敏蛋白来控制活细胞和生物体的行为的技术。由于一些技术发展，光遗传技术越来越多地应用在世界各地的许多实验室中，并且而已经成为蓬勃发展的领域。例如，寻找能够控制特定细胞行为的光敏蛋白已经产生了具有不同功能的多种工具[1]。然而，尽管光递送技术，特别是显微术的进展已经实现了对体外和体内照明的前所未有的控制，但是市场上仍没有使用这种有希望的技术的标准化和有用的实验室设备。虽然到目前为止，自制装置在实验室和工业领域占主导地位，但是对于采用这种有前景的技术的技术上成熟和用户优化的实验室设备的需求日益增加。
[0003]
olsen等人(2014)公开了一种用光控制基因表达动态的方法，其使用包含独立可编程的蓝、绿、红和远红led的装置，led将校准的每种波长的强度递送至64个标准试管中的每一个。该装置允许光信号被发送至摇动培养箱中指数生长的细菌培养物。为此，将单独控制的led阵列设置在试管下方并用于将程序控制的光输入递送至其中的细菌培养物，其中每个培养管用不透明泡沫光学隔离[2]。
[0004]
gerhardt等人(2016)公开了一种向24孔培养板的每个孔传送两个独立光信号的装置，包括配备有安全数字(sd)卡读取器的印刷电路板(pcb)，微控制器，3个led驱动器，48个无焊料led插座，功率调节电路和其它标准电子元件。底盘容纳组装的pcb和24孔板。led设置在pcb上，pcb安装到设置在24孔板下方的安装板。黑壁24孔板具有透明塑料底部，并通过板适配器对准和保持在适当位置。粘合箔板盖为每个孔提供密封环境。在pcb上方的每个界面处放置激光切割的腈垫圈，以减少光学污染。将盖子放置在板的顶部，并用翼形螺母固定整个组件[3]。
[0005]
us2018/0016538a1公开了涉及被配置成专门照射细胞培养板的孔的照射光板的装置，系统和方法。该装置具有底座和板适配器，其被构造成与96孔板或其它普通培养板如6孔，12孔，24孔，48孔，384孔板结合使用。将培养板放置在适配器的顶部，使得在适配器中限定的对应于led固定装置的各种开口设置在组织培养板上的相应孔的下方。光学板的薄轮廓允许在培养箱或显微镜中使用。
[0006]
然而，现有技术的设备中没有一个允许在照明之前和/或之后对进入内部空间的光进行受控保护，或者在照明之前，期间和/或之后对内部空间进行容易和受控的观察，而不需要拆卸整个设备。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的是提供一种最初指定的装置和相关方法，其允许在照明之前和/或之后，甚至在拆卸用于处理或分析所述样品的附加装置之后，容易和可控地保护生物样品免受光进入，特别是环境光进入，以及在照明之前，期间和/或之后容易和可控地观察内部空间，而不需要拆卸整个装置。
[0008]
该目的通过最初指定的装置来实现，其中窗口包括至少一个具有可切换颜色和/或透光率的切换元件(switchable element)。也就是说，通过切换元件，窗口可以容易地在第一状态(“关闭状态”)和至少第二状态(“活动状态”)之间切换，在第一状态(“关闭状态”)中，光被阻挡在内部空间之外，在第二状态(“活动状态”)中，光可以以受控的方式穿过窗口进入和离开内部空间。因此，生物样品在内部空间中的曝光(light exposure)可以由切换元件控制，以便避免在“关阶段(off-phase)”期间(即，当不发生对样品的照明时，或者当样品被存储或运输时)的意外曝光，或者在“开阶段(on-phase)”期间(即，当样品被照明时)的调整曝光。切换元件被设计成在从第一状态切换到第二状态时改变颜色和/或获得透射率和/或透明度。第一(“关闭”)状态允许能量中性，断电，并且因此在装置的运输或存储期间允许非有线的光保护。在第二(“活动”)状态下，用户或仪器可以“打开遮罩”，对包含在装置内部空间内的生物样品进行目视检查或电磁照射。在将发生受控照明的特定环境之外，窗口对于光的进入或至少对于特定的生物活性波长是“关闭的”，以保护生物材料免受意外的照明，例如通过环境光，日光暴露等。因此，根据本发明的装置允许在照明之前和/或之后，甚至在从照明装置拆卸或移除之后，容易和可控地保护内部空间，以及在照明之前，期间和/或之后容易和可控地观察内部空间，而不需要拆卸整个装置。
[0009]
例如，根据本发明的装置可以是用于容纳生物样品的容器(vessel)，多个容器，容器(container)，外壳(encasing)，盒子，光反应器或生物反应器。该装置优选地被设计成具有不透光的主体或其它传递光保护的特征。用于观察和/或照明内部空间的至少一个窗口可以设置在壁元件和/或不透光材料中。切换元件可以被设计成在从仪器传递的信号时改变颜色和/或获得透射率和/或透明度，仪器主动打开窗口以便在第二状态下光学地接触样品并且在第一状态下关闭窗口。优选地，响应于由装置的电子装置(例如，至少一个控制单元)施加的电信号来实现切换。切换元件可以是照明装置的光板的一部分和/或附接到照明装置的，容器，用于容纳板本身的外壳或盒壁(例如优选地在细胞培养板的底部或顶部)。
[0010]
例如，容器可以是细胞培养容器或其组件，例如多孔板，盘，盖，烧瓶(flask)，培养袋(culture bag)，衬里(liner)，生物反应器。
[0011]
例如，生物样品可以包含至少一种来源于或选自由人，动物，植物，真菌和细菌组成的生物体的活细胞或生物体。附加地或可选地，生物样品可以包含至少一种衍生自或选自由蛋白质，肽，核酸，肽核酸和病毒组成的分子/颗粒的生物分子或颗粒。
[0012]
生物样品可以包含遗传编码的光敏蛋白。例如，这些蛋白质可以是通道荷尔蒙蛋白(channel rhodopsin)。通道荷尔蒙蛋白是膜包埋(membrane-embedded)的蛋白质，其已
经从显微藻类中分离，并且与大多数其它离子通道相反，其通过吸收特定波长的光子而被触发。当例如通过基因工程移植到动物细胞中时，离子电流可以通过照射修饰的细胞来分别引起去极化或超极化，这取决于对特定离子的选择性。以这种方式，考虑到可以用光实现的高时间和空间分辨率，可以研究神经元信号传导并且可以以前所未有的精度影响神经元网络(例如参见[4])。
[0013]
用本文所述的本发明的方法严格控制曝光并防止光意外地进入生物样品，允许提高实验装置或其它应用的精度和再现性，应用控制个体或细胞群的生理功能。在另一个示例性实施例中，可以使用其他光遗传学光开关，其也允许控制其它细胞功能。通过将赋予不同效应器功能的蛋白质与光传感器组合，可以定制光开关系统以控制活细胞中的多种效应。例如，基因的转录可通过使用蛋白质-蛋白质相互作用将光传感器结构域与转录因子域组合来直接控制(例如参见[5])。
[0014]
例如，本文提供的本发明将允许改进各基因表达启动器(expression promoter)的紧密性，以减少在该过程期间在非预期的时间点处由非预期的环境曝光诱导的渗漏表达(例如，毒性蛋白的渗漏表达)。在另一个示例性实施方案中，可以控制用于工业生物生产的细胞的代谢途径。例如，在酵母中生产异丁醇或2-甲基-1-丁醇[6]或在大肠杆菌中生产粘康酸(muconic acid)[7]。在这种情况下，通过这里提出的本发明在数量上和时间上改进曝光控制同样可以最大限度地提高这种方法中产生的产物的产量和纯度。
[0015]
用于照射内部空间中的生物样品的照射装置被设计成发射至少一个特定的生物活性波长。本文所用的生物活性波长是指能够触发、激活、引发、促进、增强、抑制、中断和/或停止生物样品、活细胞、生物体、生物分子和/或颗粒中的生物化学或生物物理状态或反应(例如分子的构象、构型和/或能量状态的变化)的一个或多个特定波长范围。例如，生物活性波长可以是约350nm或380-490nm之间的范围(蓝光，例如参见[8])。在优选实施例中，照明装置包括至少一个发光二极管(led)。例如，照明装置可以集成在装置中作为内部光源，例如用于通过切换元件进行主动照明控制。或者，光源可以是独立的，并且切换元件可以例如连接到样品容器。在这种可选实施例中，根据本发明的装置的光保护(或光颜色选择)功能可以不同于有源照明情况，使得切换元件不能用于控制照明装置(led)。因此，照明装置可以是根据本发明的装置的内部和/或外部部件或元件，即设置在根据本发明的装置的内部空间内和/或外部。
[0016]
在本发明的有利实施例中，切换元件包括至少一种电致变色材料。基本上，电致变色材料基于将非吸收分子转化成光吸收状态的氧化还原反应，反之亦然。电流被施加到装置以引起这些转变，但是不需要维持装置的状态。因此，它们具有记忆效应。优选地，切换元件配备有电致变色材料，例如三氧化钨，其由电致变色板形成，可以通过施加较低的电压在不透明和透明状态之间切换。
[0017]
在本发明的另一有利实施例中，切换元件包括至少两种不同的电致变色材料。可使用不同的电致变色材料来阻挡光谱的不同部分。
[0018]
在本发明的另一有利实施例中，切换元件是液晶显示器(lcd)或lcd的独立控制的部分。基本上，lcd基于由静电场维持的微观晶体的取向。考虑到其广泛的用途和工业化，lcd是一种非常有吸引力的替代品。例如，一个像素或多个像素的液晶显示器(lcd)可以允许将容器(例如，多孔板的孔)的子集切换到活动状态，而其它容器(孔)仍然处于关闭状态
并因此被保护不受光的影响。一旦例如光遗传学曝光程序开始，lcd可以根据需要由仪器切换。有利地，多个像素lcd允许在给定时间只照射和/或观察一个容器(孔)的情况下减少从容器(孔)到容器(孔)的光交叉污染。
[0019]
在本发明的另一有利实施例中，切换元件包括至少一个光快门(light shutter)。光快门像机械“遮光罩”一样工作，其在第二状态下被打开以光学地接近样品，并且在第一状态下被关闭以保护样品。例如，切换元件可以包括机械操作的手动快门，用于如培养皿(petri dish)的圆形培养容器。
[0020]
在本发明的另一有利实施例中，切换元件包括至少两个偏振滤波器，其中一个偏振滤波器是固定的，而另一个偏振滤波器在其平面内是可旋转的。例如，可以组合两个偏振滤光器，其中一个偏振滤光器是固定的，并且另一个偏振滤光器可以在其平面中旋转90度以在透明和不透明位置(即，活动和关闭状态)之间切换。
[0021]
在本发明的另一有利实施例中，该装置还包括两个或多个内部空间和两个或多个窗口，其中至少两个内部空间中的每一个都具有至少一个窗口，并且其中每个窗口的至少一个切换元件是独立切换的。因此，可以允许光进入装置的一个或多个内部空间，而其它内部空间仍被保护以免光进入。因此，可以选择性地观察和/或处理装置的每个内部空间，而不影响其它内部空间。
[0022]
在本发明的另一有利实施例中，容器包括两个或多个被设计成容纳至少一个生物样品的空腔，每个腔体具有至少一个窗口，并且其中每个窗口的至少一个切换元件是独立切换的。因此，可以允许光进入容器(例如，多壁板)的一个或多个空腔，而其它空腔仍被保护以免光进入。因此，可以选择性地观察和/或处理容器的每个空腔，而不影响其它空腔。
[0023]
在本发明的另一有利实施例中，照明装置被布置和/或对准，使得每个照明装置针对至少一个选定的生物样品，容器，腔体和/或窗口，使得装置中或每个容器和/或腔体中的每个选定的生物样品(例如，活细胞或生物分子)可以由照明装置独立地和单独地照明。
[0024]
例如，照明装置，窗口和腔体可以以对准的排列设置，从而当选定的腔体被照明装置照明时，装置或容器的每个腔体中的生物样品(活细胞或生物分子)的曝光(照明)可以由相应的切换元件独立地调节。
[0025]
在本发明的另一个有利的实施例中，切换元件包括或与至少一个控制元件耦合，用于控制照明装置和/或内部空间中的生物样品的照明。因此，样品的照明可以由切换元件通过控制元件(控制单元)控制，例如，通过调节入射光的波长(颜色)和/或强度，特别是根据主动照明程序。
[0026]
在本发明的另一个有利的实施例中，壁元件包括至少两个部分，两个部分通过至少一个可互锁的连接结构彼此连接，可互锁的连接结构包括不透光但可透气的开口。开口可以是曲折形状(meander-shaped)的通道和/或包括至少一个透气过滤元件。两个部分(例如，装置的盖和底部)之间的连接结构形成透气但不透光的开口，使得内部空间的通风成为可能，而不允许来自外部的光进入内部空间。透气开口可以是互锁的或迷宫式(mazelike)设计，其中气体路径可以具有弯曲的形状。为了避免内部空间的污染，开口可以装备有透气过滤器，例如，由不透光的，特别是透射率《0.01的纤维或粒状材料构成，通常通过过滤材料的光散射和吸收的组合来实现。可选地，壁元件可装备有至少一个通风装置，例如气体入口或出口，通风装置主动地对盒子的内部容积通风，并且是光屏障。例如，气体入口或出口可
以装备有离心式风扇。
[0027]
根据本发明的装置可以包括在独立的容器中或在一个或多个容器(例如多孔板的孔或微阵列/生物芯片的点)的不同区域中的多个独立的生物样品，其中一个切换元件(光快门)同时控制所有样品的光进入。优选地，低于样本数量的切换元件的数量控制进入样本组的光。或者，相同数量的切换元件单独控制进入每个样本的光。
[0028]
本发明还包括一种用于容纳容纳生物样品容器的装置，容器，外壳或盒子，其是不透光的并装备有可切换颜色和/或透光率的元件(窗口)。该装置，容器，外壳或盒子可以是移动的或便携式的，允许在光保护条件下运输样品。控制元件，例如电的，电磁的/无线电的或机械的输入，可以通过与操作者或仪器(例如照明装置)的插头连接或插座的方式来接收。关闭的光通道的电切换元件(光快门)允许在光保护(关闭)状态下的无电运输，并且在施加电信号或电压时在活动状态下变得透明或半透明。
[0029]
例如，在具有至少一个窗口的板，盖，烧瓶，培养袋，衬里，生物反应器中，允许对至少一个样品进行受控的光照射，可切换窗口可以是控制曝光时间的元件。这在多孔格式中是特别有利的，其中具有装备有切换元件(例如，lcd)的孔的板设置在恒定照明的led面板或其它光源上，并且通过切换lcd像素(同时每个样本/孔或多个像素中的一个，类似于孔的形状)来调节曝光的时间或强度。
[0030]
本发明还包括包含切换元件(如上所述)的一种用于培养细胞的装置，容器，外壳或盒子，以保护生物样品免受来自外部的意外曝光，允许用在装置，容器，外壳或盒子外部产生的光进行照明，其中光可以通过切换元件来控制。在切换元件是光快门的情况下，其可以是透气开口的一部分或集成到透气开口中。
[0031]
该目的通过最初指定的方法来实现，其中通过借助于至少一个控制单元改变窗口的颜色和/或透光率来控制生物样品的曝光，其中颜色和/或透光率可以在至少两个状态之间切换，第一状态防止样品的曝光，并且至少一个第二状态允许样品曝光。也就是说，通过控制单元，窗口(例如，通过切换元件)可以容易地在第一状态(“关闭状态”)和第二状态(“活动状态”)之间切换，在第一状态(“关闭状态”)中，光被从样本阻挡，在第二状态(“活动状态”)中，光可以以受控的方式穿过窗口进入和离开内部空间。因此，生物样品的曝光可以由控制单元控制，以便避免在“关阶段”期间(即，当不发生样品照明时，或者当样品被存储或运输时)的意外曝光，或者在“开阶段”期间(即，当样品被照明时)的调节曝光。根据本发明，可以控制窗口以传递渐进的透射率和/或透明度，从而允许将进入和样品的曝光调暗到期望的水平。这可以以有利的方式用于校准样品所经历的实际曝光。在将发生受控照明的特定环境之外，窗口可以“关闭”光的进入或至少关闭到特定的生物活性波长，以保护样品免受意外的照明，例如通过环境光，阳光照射等。因此，根据本发明的方法允许在照明之前和/或之后，甚至在装置拆卸之后，容易和受控地保护内部空间，以及在照明之前，期间和/或之后，容易和受控地观察内部空间，而不需要拆卸整个装置。
[0032]
本文所用的“照明”或“照亮”是指用光照射空间，物体或样品，包括但不限于用光对空间，物体或样品进行主动处理或对空间，物体或样品进行被动曝光，后者包括对空间，物体或样品进行目视检查或分析。
[0033]
本文所用的“光”是指任何波长的电磁辐射，包括可见光和非可见光，伽马射线，x射线，微波和无线电波。可见光的波长在400-700纳米(nm)的范围内，即在红外和紫外辐射
之间。红外(ir)辐射的波长比可见光的波长长，从700纳米延伸到1毫米。紫外(uv)辐射的波长比可见光的波长短，但比x射线长，从10nm延伸到400nm。
[0034]
本文所用的“颜色”是指半透明材料对于不同波长的光谱的不同透射率的物理性质，因此半透明材料的波长选择性，以及通过该材料的光，结果与入射光相比具有变化的波长光谱。
[0035]
本文所用的“透射率”或“透光率”是指允许光透射通过材料的物理性质，因此对于波长没有非选择性，起到与中性密度滤光器相同的作用。本文所用的“透射率”包括“透明性(transparency)”和“半透明性(translucency)”。透明度是允许光在没有或几乎没有光散射的情况下通过材料的物理性质。半透明性(半透明(translucence))是允许光通过材料的物理性质，其中光由于折射率的变化而散射在材料的内部或表面。
附图说明
[0036]
图1示出了根据本发明的装置的示例性实施例的示意性表示(纵截面)，其中装置是多孔板。
[0037]
图2示出了根据本发明的装置的另一示例性实施例的示意性表示(纵截面)，其中多孔板设置在装置内。
[0038]
图3示出了根据本发明的包括照明装置的装置的另一示例性实施例的示意性表示(纵剖面)，其中细胞培养烧瓶设置在装置内。
[0039]
图4示出了根据本发明的装置的另一示例性实施例的示意性表示(纵截面)，其中装置是生物反应器。
[0040]
图5示出了根据本发明的包括照明和通风装置的装置的另一示例性实施例的示意性表示(纵截面)，其中多孔板设置在装置内。
具体实施方式
[0041]
图1示出了根据本发明的装置1的示例性实施例。装置1包括多个空腔(cavity)2(“孔(well)”)，每个空腔2代表能够容纳生物样品的内部空间3。空腔2/内部空间3每个都部分地被壁元件4包围，壁元件4在每个内部空间3的顶部开口。在每个内部空间3的底部，壁元件4包括用于观察和/或照明内部空间3的窗口5。生物样品可以通过开口6引入到内部空间3中。开口6由延伸到所有空腔2的盖7覆盖。为了保护内部空间3不进入光，壁元件4和盖7包括防光材料。每个窗口5包括至少一个具有可切换颜色和/或透光率的切换元件8。每个切换元件8可以在第一状态(“闭合状态”)和一个或多个第二状态(“活动状态”)之间切换。在关闭状态，光被阻挡在内部空间3之外，而在活动状态，光可以以受控的方式穿过窗口5进入和离开内部空间3。通过切换元件8，可以控制每个空腔2的内部空间3中的生物样品的曝光，从而当不发生对样品的照明和/或装置1被存储或运输时，可以有效地避免意外的曝光。此外，当样品被照射时，切换元件8可以调节生物样品在内部空间3中的曝光。在本发明的有利实施例中，还可以通过将相应的切换元件8从关闭状态切换到活动状态来通过“开的”窗口5观察内部空间3中的生物样品。内部空间3的照明通过外部光条或者包括多个照明装置10(例如led)的阵列9来实现的，每个照明装置设置在窗口5下方。
[0042]
图2示出了根据本发明的装置15的另一示例性实施例。装置15包括内部空间16，该
内部空间16被壁元件17包围，壁元件17包括保护内部空间16不进入光的防光材料。在装置15的底部，壁元件17还包括用于观察和/或照明内部空间16的窗口18。窗口18包括具有可切换颜色和/或透光率的切换元件19。例如，切换元件19可以是lcd面板等。切换元件19可以在第一状态(“关闭状态”)和一个或多个第二状态(“活动状态”)之间切换。在关闭状态，光被阻挡在内部空间16之外，而在活动状态，光可以以受控的方式穿过窗口18进入和离开内部空间16。
[0043]
容器20放置在装置15的内部空间16内。容器20设计成容纳至少一个生物样品，例如包括活细胞的悬浮液。容器20可以是包括多个空腔21(“孔”)的标准细胞培养容器，例如6,12,24或96孔板。容器20的空腔21由盖子22覆盖。通过切换元件19，可以控制容器20的空腔21中的生物样品(细胞)的曝光，使得当内部空间16不发生照明和/或存储或运输装置15时，可以有效地避免意外的曝光。此外，当从外部照亮内部空间16时，容器20中的生物样品的曝光可以由切换元件19调节。在本发明的有利实施例中，还可以通过将切换元件19从关闭状态切换到活动状态来通过窗口18观察容器20中的细胞。内部空间16的照明通过包括外部光源，条或阵列23来实现的，阵列23包括设置在切换元件19下方的至少一个照明装置24(例如led)。切换元件19经由接触元件25耦合到电子控制单元(未示出)，使得它可以容易地在闭合状态和活动状态之间切换。如果切换元件19包括电致变色材料，则可以通过接触元件25将电流施加到该材料以引起所需的状态转换。
[0044]
图3示出了根据本发明的装置30的另一示例性实施例。装置30包括内部空间31，其被壁元件32包围，壁元件32包括保护内部空间31免受光进入的防光材料。在该有利实施例中，壁元件32包括两个部分33,34，这两个部分通过至少一个可互锁的连接结构35彼此连接，连接结构35包括不透光但透气的开口36，该开口36允许内部空间31通风而不允许来自外部的光进入内部空间31。在该实施例中，开口36是曲折形状的通道。在装置30的底部，壁元件32还包括用于观察和/或照明内部空间31的窗口37。窗口37包括具有可切换颜色和/或透光率的切换元件38。例如，切换元件38可以是lcd面板等。切换元件38可以在第一状态(“关闭状态”)和一个或多个第二状态(“活动状态”)之间切换。在关闭状态，光被阻挡在内部空间31之外，而在活动状态，光可以以受控的方式穿过窗口37进入和离开内部空间31。
[0045]
容器39放置在装置30的内部空间31内。容器39设计成容纳至少一种生物样品，例如包括活细胞的悬浮液。容器39可以是标准细胞培养瓶。通过切换元件38，可以控制容器39中的生物样品(细胞)的曝光，使得当内部空间31不发生照明和/或存储或运输装置30时，可以有效地避免意外的曝光。此外，当内部空间31从外部照射时，容器39中的生物样品的曝光可以由切换元件38调节。在本发明的有利实施例中，还可以通过将切换元件38从关闭状态切换到活动状态，通过窗口37观察容器39中的细胞。装置30耦合到外部照明单元40，外部照明单元40包括光源，条或阵列41，控制元件42和电源43。光条41包括多个照明装置44(例如led)，其设置在切换元件38的下方，用于照明内部空间31。
[0046]
图4示出了根据本发明的装置50的另一示例性实施例。装置50是包括内部空间51的搅拌生物反应器，内部空间51被壁元件52包围，壁元件52包括保护内部空间51不进入光的防光材料。装置50设计成在其内部空间51中容纳生物样品，例如包括活细胞的悬浮液。在装置50的至少一侧，壁元件52包括用于观察和/或照明内部空间51的窗口53。窗口53在外部被具有可切换颜色和/或透光率的切换元件54覆盖。例如，切换元件54可以是lcd面板等。切
换元件54可以在第一状态(“关闭状态”)和一个或多个第二状态(“活动状态”)之间切换。在关闭状态，光被阻挡在内部空间51之外，而在活动状态，光可以以受控的方式穿过窗口53进入和离开内部空间51。通过切换元件54，可以控制生物样品(细胞)在内部空间51中的曝光，使得当内部空间51不发生照明和/或存储或运输装置50时，可以有效地避免意外的曝光。此外，当照射内部空间51时，切换元件54可以调节生物样品在内部空间51中的曝光。在本发明的有利实施例中，还可以通过将切换元件53从关闭状态切换到活动状态来观察或以其他方式光学测量内部空间51中的细胞或细胞培养基的特性。装置50的内部空间51可以由外部照明单元55照明，外部照明单元55包括配备有照明装置57的光源，条或阵列56。例如照明装置可以发射不同光谱特性或波长的光。
[0047]
图5示出了根据本发明的装置60的另一示例性实施例。装置60包括由壁元件62围绕的内部空间61，壁元件62包括保护内部空间61免受光进入的防光材料。在该有利实施例中，壁元件62包括两个部分63,64，这两个部分通过至少一个可互锁的连接结构65彼此连接，连接结构65包括不透光但可透气的开口66，该开口66允许内部空间61被动通风而不允许来自外部的光进入内部空间61。在该实施例中，开口66是曲折形状的通道。分隔板67设置在内部空间61内，将内部空间61分成下部内部空间68和上部内部空间69。分隔板67由不透光材料制成，并包括(至少一个)或多个窗口70，用于观察和/或照明上部内部空间69。窗口70各自都包括具有可切换颜色和/或透光率的切换元件71，该切换元件71设置在下部内部空间68中的隔板67中的开口下方或其中。例如，每个切换元件71可以包括包含电致变色材料(例如三氧化钨)的光学层，其中氧化还原反应将非吸收分子转换为光吸收状态，反之亦然。可以将电流施加到材料以引起这些转变，但是不需要保持材料的状态。因此，它们具有记忆效应。因此，每个切换元件71配备有电致变色光学层，可以通过施加较低的电压而在不透明和透明状态之间独立地切换。在不透明状态下，光被阻挡在上部内部空间69之外，而在透明状态下，光可以以受控的方式穿过窗口70进入和离开上部内部空间69。
[0048]
容器72放置在装置60的上部内部空间69内的隔板67上。容器72设计成容纳至少一个生物样品，例如包括活细胞的悬浮液。容器72可以是包括多个空腔74(“孔”)的标准细胞培养容器，例如24孔或96孔板。容器72的空腔74由盖75覆盖。上部内部空间69的照明通过内部光源，条或包括多个照明装置77(例如led)的阵列76来实现的。内部光条76设置在下部内部空间68内的切换元件71的下方，其中照明装置77对准在窗口70的下方。当上部内部空间69被照明装置77照明时，容器72的每个空腔74中的生物样品(细胞)的曝光可以由相应的切换元件71独立地调节。在本发明的有利实施例中，还可以通过将切换元件71从不透明状态切换到透明状态，经由至少一个照相机(未示出)通过窗口70观察容器72中的细胞。
[0049]
装置60还包括用于被动冷却内部空间61的散热片78和用于主动通风上部内部空间69的风扇80。散热片78布置在装置60外部的壁元件62的上部63的顶部。风扇79布置在第一通风口80中，第一通风口80在上部内部空间69内被可透气的第一过滤元件81覆盖，被设计成避免内部空间61的污染。风扇79和过滤器元件81中的至少一个是不透光的，以便保护内部空间61不受光的进入。为了压力补偿，第二通风口82与第一通风口80相对设置。第二通风孔82配备有不透光但透气的第二过滤元件83，也被设计成避免内部空间61的污染。主动通风系统允许维持用于例如在上部内部空间69内培养活细胞的最佳条件，例如当装置60位于提供控制其气体组成，温度和湿度的大气环境的细胞培养孵化器中时。
参考文献：1.anonym:method of the year 2010,nature methods vol.8no.1,january 2011,1
–
1,published online 20december 2010,doi:10.1038/nmeth.f.321.2.evan j.olson,lucas a.hartsough,brian p.landry,raghav shroff&jeffrey j.tabor:characterizing bacterial gene circuit dynamics with optically programmed gene expressionsignals,nature methods vol.11no.4,april 2014,449.3.karl p.gerhardt,evan j.olson,sebastian m.castillo-hair,lucas a.hartsough,brian p.landry,felix ekness,rayka yokoo,eric j.gomez,prabha ramakrishnan,junghae suh,david f.savage&jeffrey j.tabor:an open-hardware platform for optogenetics andphotobiology,scientific reports 6:35363,doi:10.1038/srep35363.4.deisseroth and hegemann(2017),https://dx.doi.org/10.1126％2fscience.aan5544.5.de mena et al.(2018),https://doi.org/10.3389/fgene.2018.00518.6.zhao et al.(2018),https://doi.org/10.1038/nature26141.7.wu et al.(2021),https://doi.org/10.1021/acssynbio.0c00488.8.evan m.zhao,yanfei zhang,justin mehl,helen park,makoto a.lalwani,jarede.toettcher&jos
é
l.avalos:optogenetic regulation of engineered cellularmetabolism for microbial chemical production,nature vol.555,29march2018,683.

技术特征：
1.用于对生物样品特定照明的装置(1,15,30,50,60)，包括至少一个内部空间(3,16,31,51,61)，所述至少一个内部空间(3,16,31,51,61)被设计成容纳至少一个生物样品，或者被设计成包括至少一个容器(20,39,72)，所述容器(20,39,72)被设计成容纳至少一个生物样品，并且还包括至少一个照明装置(10,24,44,57,77)，所述至少一个照明装置(10,24,44,57,77)被设计成发射至少一个特定的生物活性波长，其中所述内部空间(3,16,31,51,61)至少部分地被至少一个壁元件(4,17,32,52,62)包围，并且除了用于观察和/或照明所述内部空间(3,16,31,51,61)的至少一个窗口(5,18,37,53,70)之外，由至少一种不透光材料阻挡光进入，其特征在于，所述窗口(5,18,37,53,70)包括至少一个具有可切换的颜色和/或透光率的切换元件(8,19,38,54,71)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换元件(8,19,38,54,71)包括至少一种电致变色材料。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述切换元件(8,19,38,54,71)包括至少两种不同的电致变色材料。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换元件(8,19,38,54,71)是液晶显示器lcd或lcd的独立控制的部分。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述切换元件(8,19,38,54,71)包括至少一个光快门。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述切换元件(8,19,38,54,71)包括至少两个偏振滤波器，其中一个偏振滤波器是固定的，而另一个偏振滤波器在其平面内是可旋转的。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，还包括两个或多个内部空间(3)和两个或多个窗口(5)，其中，所述内部空间中的至少两个内部空间分别具有至少一个窗口(5)，并且其中，每个窗口(5)的所述至少一个切换元件(8)是独立切换的。8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述容器(72)包括被设计成容纳所述至少一个生物样品的两个或多个空腔(74)，每个空腔(74)设置有至少一个窗口(70)，并且其中每个窗口(70)的所述至少一个切换元件(71)是独立切换的。9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述照明装置(10,24,44,57,77)被布置和/或对准，使得每个照明装置(10,24,44,57,77)对准至少一个选定的生物样品，容器(20,39,72)，空腔(2,21,74)和/或窗口(5,18,37,53,70)。10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述照明装置(10,77)，所述窗口(5,70)和所述空腔(2,74)以对齐的布置设置。11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述切换元件(8,19,38,54,71)包括至少一个控制元件(42)或与所述至少一个控制元件(42)耦合，所述至少一个控制元件(42)用于控制所述照明装置(10,24,44,57,77)和/或在所述内部空间(3,16,31,51,61)中的所述生物样品的所述照明。12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述壁元件(32,62)包括至少两个部分(33,34,63,64)，所述至少两个部分(33,34,63,64)通过至少一个可互锁的连接结构(35,65)彼此连接，所述至少一个可互锁的连接结构(35,65)包括不透光但可透气的开口(36,66)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，其中所述开口(36,66)是曲折形状的通道。14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述开口(36,66)包括至少一个透气过滤元件。15.用于特定照射至少一种生物样品的方法，其中用至少一种特定生物活性波长照射所述生物样品，并且其中通过至少一种不透光材料保护所述样品不受光照射并且可以通过至少一个窗口观察和/或照射所述样品，其特征在于，通过借助于至少一个控制单元改变所述窗口的颜色和/或透光率来控制所述生物样品的曝光，其中所述颜色、透光率和/或透明度可以在至少两个状态之间切换，第一状态防止所述样品暴露于光，并且至少一个第二状态允许所述样品暴露于光。

技术总结
本发明尤其涉及一种用于对至少一个生物样品进行特定照明的装置(1)，该装置(1)包括多个空腔(2)，每个空腔(2)代表能够容纳生物样品的内部空间(3)。每个内部空间(3)都部分地被壁元件(4)包围，壁元件(4)包括用于观察和/或照明内部空间(3)的窗口(5)。为了保护内部空间(3)不进入光，壁元件(4)包括防光材料。每个窗口(5)包括至少一个具有可切换颜色和/或透光率的切换元件(8)。通过切换元件(8)，可以控制生物样品在每个空腔(2)的内部空间(3)中的曝光，使得当对样品的照明不发生和/或装置(1)被存储或运输时，可以有效地避免意外曝光。可以有效地避免意外曝光。可以有效地避免意外曝光。


技术研发人员：赫伯特
受保护的技术使用者：宁格罗生物系统有限公司
技术研发日：2021.10.19
技术公布日：2023/8/28