ES2251192T3 - Control de temperatura de incubadoras utilizando polimeros electricamente conductores. - Google Patents

Abstract

El uso de un sistema que comprende un polímero eléctricamente conductor, una fuente de alimentación y medios de control de la misma, como un medio de incubación para el cultivo de materiales biológicos; en el que el polímero es de la forma de una película que bien es contigua o está integrada con el recipiente de incubación, o bien es un revestimiento en una superficie interior o exterior de un recipiente de incubación, y en el que los medios de control se fijan para calentar dicho polímero de manera que se alcanza y se mantiene una temperatura de cultivo predeterminada dentro del recipiente de incubación.

Description

Control de temperatura de incubadoras utilizando polímeros eléctricamente conductores.

La presente invención está relacionada con el uso de sistemas que comprenden polímeros eléctricamente conductores, en la producción de aparatos tales como incubadoras para su uso en el cultivo de material biológico, así como aparatos y métodos para incubar material biológico.

Para una amplia variedad de finalidades, se requiere el cultivo de material biológico, tal como células de plantas o animales, bacterias, virus o hibridoma u otras líneas celulares inmortales. Por ejemplo, las líneas celulares pueden ser cultivadas para usos de finalidad experimental. Además, las bacterias, y en particular las bacterias recombinantes, pueden ser utilizadas en cultivo para la producción de materiales tales como antibióticos u otros productos farmacéuticos. Los anticuerpos útiles en el diagnóstico y terapia de una amplia gama de campos se preparan, por ejemplo, mediante el cultivo de hibridoma u otras líneas celulares inmortales.

Para fines de diagnóstico, por ejemplo en las áreas de la supervisión de la higiene de los alimentos, puede ser necesario cultivar cepas bacteriales o víricas aisladas con el fin de obtener cantidades significativas para su detección y/o identificación.

Las células de las plantas pueden ser cultivadas para preparar tejidos callosos para su uso en transformación para producir plantas recombinantes.

El calentamiento controlado de frascos de agitación u otros recipientes utilizados en el cultivo de material biológico se lleva a cabo frecuentemente utilizando grandes calentadores o incubadoras. Dentro de estos dispositivos se mantienen múltiples frascos agitados, conteniendo cada uno de ellos el material biológico a comprobar y el medio de cultivo. La temperatura dentro del incubador se mantiene a una temperatura en la cual puede crecer el material biológico. Generalmente, ésta será del orden de 37ºC que es una temperatura aceptable para el cultivo de muchos tipos de material biológico. Sin embargo, ésta puede no ser la temperatura de cultivo óptima para todo el material biológico que se está cultivando dentro del contenedor, particularmente cuando dentro de los frascos agitados individuales hay contenidos materiales biológicos diferentes.

Más aún, esto puede no proporcionar un método económico de calentamiento cuando solamente se requiere un pequeño número de muestras, ya que es necesario calentar y mantener todo el aparato a la temperatura deseada, incluso cuando solamente hay contenidas dentro de él unas pocas muestras.

Finalmente, la incubación de ciertas cepas, en particular cepas de bacterias recombinantes, etc., requiere condiciones de temperatura y transiciones específicas con el fin de inducir o "conectar" genes deseados. Ciertas cepas requieren el cultivo durante un periodo predeterminado a una temperatura seguido del ajuste de la temperatura a un nivel diferente con el fin de obtener la expresión de un gen en particular. En la actualidad, tal operación compleja ha de llevarse a cabo manualmente, lo cual significa que ha de haber presente un operador en el momento particular en que se requiere el cambio de temperatura, con el fin de retirar el recipiente de incubación del entorno de temperatura constante, y calentarlo o enfriarlo según sea apropiado.

Existe una necesidad de un método más controlable de calentar recipientes de incubación utilizados en el cultivo de material biológico. El documento WO98/24548, que no ha sido publicado en la fecha de la presente solicitud (y por tanto es una referencia bajo el artículo 54(3) de la EPC, y no tiene relevancia sobre la actividad inventiva de la presente solicitud), describe unos recipientes de reacción que utilizan polímeros eléctricamente conductores como medios de calentamiento. El documento DE 3132926 describe cubetas y particularmente cámaras de flujo, que utilizan un bloque de polímero como calentador por resistencia.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona el uso de un sistema de incubación para el calentamiento controlado de materiales biológicos, como se define en la reivindicación 1 anexa.

Los polímeros eléctricamente conductores son conocidos en la técnica y pueden ser adquiridos en la compañía Caliente Systems Inc. De Newark, Estados Unidos. Otros ejemplos de tal polímero están divulgados por ejemplo en la patente de Estados Unidos núm. 5106540 y en la patente de Estados Unidos núm. 5106538. Muchos polímeros, por ejemplo, el politetrafluoroetileno (PTFE) o el polietileno (PE), pueden estar formados como polímeros eléctricamente conductores mediante la inclusión de grafito en el material polímero.

Los polímeros conductores adecuados pueden proporcionar temperaturas de hasta 300ºC y por tanto son muy capaces para ser utilizados en procesos de incubación, donde la gama de temperaturas está entre 15ºC y 50ºC.

Los recipientes de incubación que pueden ser utilizados en el contexto de la invención son muy conocidos en la técnica. Pueden comprender frascos agitados, placas de Petrie, tubos de ensayo, quimiostatos, fermentadores o portaobjetos, incluyendo portaobjetos de microscopio.

Una ventaja de la invención sobre los incubadores u hornos conocidos es que la temperatura dentro de los recipientes de incubación individuales puede ser controlada con independencia uno del otro.

La tasa de calentamiento que se puede conseguir depende de la precisa naturaleza del polímero, de las dimensiones del polímero utilizado y de la cantidad de corriente aplicada. Preferiblemente, el polímero tiene una alta resistividad, por ejemplo por encima de 1000 ohm.cm. La temperatura del polímero puede ser controlada fácilmente controlando la cantidad de corriente eléctrica que pasa a través del polímero, permitiéndole mantenerse a una temperatura deseada durante la cantidad de tiempo deseada. Además, la tasa de transición entre temperaturas puede ser controlada fácilmente tras la calibración, proporcionándole la corriente eléctrica apropiada, por ejemplo bajo el control de un programa de ordenador.

Sin embargo, la temperatura dentro de cada recipiente puede ser fijada adecuadamente utilizando, por ejemplo, un simple dispositivo de termostato que corta la corriente en el polímero si la temperatura dentro del frasco excede de la temperatura deseada.

Las propiedades térmicas de un polímero eléctricamente conductor y, en particular, su baja masa térmica, asegurarán que los ajustes en la temperatura tendrán efecto rápidamente. Sin embargo, si se desea, el recipiente de incubación puede ser sometido a enfriamiento artificial para aumentar aún más la velocidad de enfriamiento. Los métodos de enfriamiento adecuados incluyen la refrigeración por aire forzado, por ejemplo mediante el uso de ventiladores, la inmersión en hielo o baños de agua, etc.

Además, el uso de polímeros en forma de película o revestimiento como elemento de caldeo en un recipiente de incubación, permitirá generalmente al aparato adoptar una forma más compacta que las incubadoras existentes. Esto puede ser útil cuando se llevan a cabo procesos de cultivo en condiciones de campo tales como el aire libre, en un río o en una fábrica o incluso en un pequeño taller.

El recipiente de incubación puede adoptar la forma de un contenedor de reactivos, tal como un contenedor de vidrio, plástico o silicio, con un polímero eléctricamente conductor en forma de película, dispuesto en estrecha proximidad con el contenedor. En un modo de realización del recipiente, se dispone el polímero como una funda que se ajusta alrededor del recipiente de incubación, en contacto térmico con el recipiente. La funda puede ser dispuesta como una cubierta modelada que esté diseñada para ajustarse cómodamente alrededor de un recipiente de incubación, o bien puede disponerse como una tira de película que pueda ser enrollada y ser fijada alrededor del recipiente de incubación.

La disposición de la funda de polímero significa que se puede conseguir un estrecho contacto térmico entre la funda y el recipiente de incubación. Esto asegura que el recipiente alcanza rápidamente la temperatura deseada sin el retardo de tiempo usual que surge del efecto de aislamiento de la capa de aire entre el recipiente de incubación y el calentador. Además, puede utilizarse una funda de polímero para adaptar aparatos que utilicen recipientes de incubación pre-existentes. En particular, puede enrollarse una tira de una película de polímero flexible alrededor de un recipiente de incubación de diversos tamaños y formas diferentes.

Cuando se emplea una funda, puede ser ventajoso que esté perforada o reticulada de alguna manera. Esto puede aumentar la flexibilidad del polímero y puede permitir un acceso incluso más fácil por el medio de refrigeración si no se utiliza el polímero por sí mismo para efectuar el enfriamiento.

En otro modo de realización de la invención, se dispone la película o revestimiento de polímero como parte integrante del recipiente de incubación. El recipiente de incubación puede ser fabricado utilizando una construcción compuesta en la cual se interpone una capa de polímero conductor entre capas del material del cual se fabrica el recipiente o en el cual las superficies internas o externas del recipiente de incubación están recubiertas con el polímero. Tales recipientes pueden ser fabricados utilizando una laminación y/o una deposición tal como las técnicas de deposición química o electromecánica, como es convencional en ese campo.

Los recipientes que comprenden la película o revestimiento de polímero como parte integrante pueden proporcionar estructuras particularmente compactas.

Si se requieren varios recipientes de incubación para una reacción en particular, puede emplazarse cualquier número de puntos de conexión eléctrica de forma tal que se conecte un solo punto de alimentación para todos los recipientes o tubos de incubación. Los recipientes de incubación pueden estar dispuestos como una serie ordenada.

Alternativamente, cada uno de los recipientes de incubación, o cada grupo de ellos, puede tener su propio perfil de calentamiento fijado mediante el ajuste de la corriente aplicada al recipiente o grupo de recipientes. Esto proporciona una ventaja adicional y particularmente importante de los recipientes de incubación con polímero, de acuerdo con la invención, sobre las incubadoras convencionales, en cuanto que la temperatura de los recipientes individuales puede ser controlada independientemente una de la otra. Esto significa que cada recipiente de incubación puede estar provisto de su propio perfil térmico que puede ser optimizado para el cultivo de cepas biológicas particulares contenidos en ellos.

El polímero puede ser adecuadamente proporcionado en forma de material laminar o película, por ejemplo de 0,01 mm a 10 mm, de 1 a 10 mm y, preferiblemente, de 0,1 a 0,3 mm de espesor. Utilizando películas delgadas, el volumen del polímero requerido para cubrir un recipiente o superficie de incubación en particular, se hace mínimo. Esto reduce el tiempo que tarda el polímero en calentarse a la temperatura requerida, ya que el calor producido haciendo pasar corriente por el polímero no tiene que ser distribuido por un volumen grande de material de polímero.

Cuando se utiliza, el componente de polímero del recipiente de incubación está dispuesto de forma tal que puede generarse una corriente eléctrica dentro del polímero. Esto puede conseguirse proporcionando al polímero unos puntos de conexión para la conexión a una alimentación eléctrica, o bien induciendo una corriente eléctrica dentro del polímero, por ejemplo exponiendo el polímero a campos eléctricos o magnéticos adecuados.

Un estrecho contacto térmico entre el polímero y el recipiente de incubación es económico en cuanto que no requiere el calentamiento de todo el espacio dentro de la incubadora.

Un recipiente de incubación particularmente adecuado para ser utilizado en el contexto de la invención es un frasco cónico. El frasco puede estar rodeado también por una funda de polímero conductor. La funda puede ser mantenida en su sitio por medios de fijación tales como pinzas elásticas. Las pinzas son adecuadas de metal o de otro material conductor, ya que actúan como conexión con la fuente de alimentación.

Alternativamente, el polímero puede estar integrado con el frasco. Por ejemplo, el frasco puede contener una forma laminada de polímero sobre vidrio o silicio.

En un modo de realización diferente, el recipiente puede comprender una placa plana de soporte tal como una serie ordenada bidimensional, en particular una microplaqueta tal como una microplaqueta de obleas de silicio; o un portaobjetos, en particular un portaobjetos de microscopio, sobre el cual pueden soportarse el material biológico y el medio de cultivo. La placa puede estar hecha a partir del polímero, o bien el polímero puede ser proporcionado como una parte integrante de la placa, bien como un revestimiento por un lado de la placa o como una capa de polímero dentro de la construcción compuesta, como se ha descrito anteriormente.

Otros recipientes de incubación adecuados son los tubos y las cubetas, que son conocidas en la técnica.

Las formas novedosas de los medios de incubación para ser utilizadas en la invención, así como los recipientes de incubación que incluyen estos medios, forman un aspecto adicional de la invención.

La invención proporciona además un aparato de incubación para el cultivo de material biológico como se define en la reivindicación 9.

Los medios de control son, adecuadamente, unos medios automáticos de control tales como un dispositivo de termostato, como es bien conocido en la técnica, o una disposición de interfaz controlada por ordenador. Esta última puede incluir un dispositivo de supervisión de temperatura, tal como un termopar, que supervisa la temperatura del recipiente de incubación y alimenta esta información en el sistema de control, de manera que sea tiene al régimen de calentamiento y/o enfriamiento deseado.

Alternativamente, la temperatura del polímero puede ser supervisada directamente mediante la medición de su resistividad, por ejemplo disponiendo el elemento de calentamiento del polímero como una resistencia en una disposición de circuito en puente de Wheatstone. Esto evita el uso de otros dispositivos de medición de temperatura, tales como termopares.

Opcionalmente, el aparato comprende además medios de enfriamiento artificial, tales como uno o más ventiladores.

El aparato puede incluir una pluralidad de recipientes de incubación. El polímero puede disponerse como parte integrante de cada contenedor, como una funda alrededor de cada contenedor, o dispuesto de forma tal que se interponga una capa de polímero entre contenedores contiguos. Cualquier número de puntos de conexión eléctrica en el polímero puede estar conectado a una sola alimentación eléctrica, si han de llevarse a cabo diversas reacciones que requieran las mismas etapas de temperatura.

Sin embargo, en un modo de realización preferido, el aparato está configurado de forma tal que el polímero en contacto con (o que forma) el recipiente o un grupo de recipientes está conectado a una alimentación individual, estando conectados varios recipientes o grupos de recipientes a alimentaciones eléctricas diferentes, controladas independientemente. Con esta configuración, pueden llevarse a cabo al mismo tiempo diversos cultivos diferentes, que requieran temperaturas o etapas de temperatura diferentes, ya que cada contenedor o grupo de contenedores tiene su propio elemento de caldeo. Esta disposición permite a los usuarios llevar a cabo varios pequeños cultivos en lotes utilizando económicamente un solo recipiente.

Cuando el recipiente de incubación comprende un portaobjetos o una microplaqueta, el aparato puede comprender el portaobjetos o la microplaqueta, una alimentación eléctrica, medios para conectar la alimentación eléctrica al portaobjetos o a la microplaqueta, o para inducir una corriente eléctrica en el polímero, y medios para controlar la corriente que pasa a través de la capa de polímero en el portaobjetos o microplaqueta.

Los recipientes de incubación y los aparatos de la invención pueden ser utilizados en una diversidad de situaciones, en las que se requiere cultivar material biológico. Por tanto, la invención proporciona además un método de cultivo de un material biológico, comprendiendo este método la colocación del material biológico y el medio de cultivo en una aparato de incubación, como se ha descrito anteriormente, y el suministro de una corriente eléctrica a los medios de incubación de manera que hagan que el recipiente de incubación alcance una temperatura predeterminada.

Se describirán a continuación modos de realización de la presente invención, a modo de ejemplo, con referencia al dibujo que se acompaña, que es un diagrama que muestra un modo de realización del aparato de incubación de la invención.

En el dibujo, un frasco cónico 1 está rodeado de una funda de polímero 2, eléctricamente conductor. La funda 2 de polímero se mantiene en su sitio por medio de una pinza metálica elástica 3. A la pinza 3 hay conectada una fuente de alimentación eléctrica (no ilustrada).

Durante el uso, el material biológico en el medio de cultivo 4 es colocado dentro del recipiente 1 de incubación, que está cerrado por medio de un tapón 5. La funda 2 está en estrecho contacto térmico con el recipiente 1 de incubación. Se suministra una alimentación eléctrica a la pinza 3 de manera que la corriente se hace pasar a través de la funda 2 de polímero, calentándolo así y al material biológico en el interior del recipiente 1 de incubación.

La fuente de alimentación eléctrica está bajo el control de un dispositivo de termostato (no ilustrado) que ha sido fijado para asegurar que la temperatura dentro del recipiente de incubación permanece óptima para la condición o condiciones particulares bajo las cuales se cultiva el material biológico.

El recipiente 1 puede ser agitado o sacudido, durante el transcurso de la reacción, por ejemplo en un aparato de agitación, como es bien conocido en la técnica. Alternativamente o adicionalmente, el recipiente puede ser ventilado por ejemplo mediante rociado. Dependiendo de la naturaleza del material biológico que se está cultivando, puede ser necesario o deseable efectuar el proceso en condiciones anaeróbicas, por ejemplo bajo una atmósfera de nitrógeno.

Aunque el recipiente ilustrado en la figura comprende un frasco cónico, se podrá apreciar que pueden emplearse otras formas de recipiente, incluyendo tubos, portaobjetos y placas. La formación del polímero puede ser adaptada de manera consecuente.

Claims (14)

1. El uso de un sistema que comprende un polímero eléctricamente conductor, una fuente de alimentación y medios de control de la misma, como un medio de incubación para el cultivo de materiales biológicos; en el que el polímero es de la forma de una película que bien es contigua o está integrada con el recipiente de incubación, o bien es un revestimiento en una superficie interior o exterior de un recipiente de incubación, y en el que los medios de control se fijan para calentar dicho polímero de manera que se alcanza y se mantiene una temperatura de cultivo predeterminada dentro del recipiente de incubación.

2. El uso según la reivindicación 1, en el que el polímero de los medios de incubación son contiguos a un recipiente de incubación.

3. El uso según se reivindica en la reivindicación 2, en el que el polímero de los medios de incubación forma una funda alrededor de un recipiente de incubación.

4. El uso según se reivindica en la reivindicación 3, en el que la funda está integrada con un recipiente de incubación.

5. El uso según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, y en el que el polímero está perforado o reticulado.

6. El uso según se reivindica en la reivindicación 1, en el que una superficie interior o exterior del recipiente de incubación está recubierta con dicho polímero.

7. El uso según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el recipiente de incubación es un frasco, placa o portaobjetos.

8. El uso según se reivindica en la reivindicación 9, en el que el recipiente de incubación es un frasco.

9. Aparato de incubación para el cultivo de material biológico, comprendiendo dicho aparato un recipiente de incubación seleccionado entre un frasco agitador, una placa de Petrie, un tubo de ensayo, un quimiostato, un fermentador o un portaobjetos, un polímero eléctricamente conductor, que es de la forma de una película, que bien es contigua o está integrada con el recipiente de incubación, o bien es un revestimiento en una superficie interior o exterior del recipiente de incubación, medios para generar una corriente eléctrica dentro del polímero eléctricamente conductor para calentar el recipiente de incubación, y medios para controlar la temperatura dentro del recipiente de incubación, programados para conseguir y mantener una temperatura de cultivo constante de entre 15 y 50ºC dentro del recipiente de incubación.

10. Aparato según se reivindica en la reivindicación 9, y que incorpora una pluralidad de recipientes de incubación.

11. Aparato como se reivindica en la reivindicación 10, y en el que los medios de control están configurados para suministrar una corriente para una temperatura de cultivo diferente para los diversos recipientes de incubación.

12. Un método de cultivo de material biológico, comprendiendo este método la colocación del material biológico y el medio de cultivo en un recipiente de incubación del aparato de incubación de la reivindicación 9, y el suministro de una corriente a los medios de incubación, de manera que originan que el recipiente de incubación alcance y se mantenga a una temperatura predeterminada.

13. Un método según la reivindicación 12, en el que el material biológico dentro de una pluralidad de recipientes de incubación son calentados simultáneamente.

14. Un método según la reivindicación 13, en el que cada recipiente de incubación se calienta individualmente a la temperatura requerida para el cultivo que tiene lugar dentro de ese recipiente.