ES2559977T3 - Sistema microfluídico con tratamiento previo de muestras - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la determinación de un analito, que comprende los pasos: (a) puesta a disposición de un dispositivo de análisis microfluídico, que comprende al menos una primera, una segunda y una tercera zona, estando unida la primera zona con la segunda zona y la segunda zona con la tercera zona por medio de microcanales, etapas, ramificaciones y/o cámaras, (b) toma de una muestra que contiene el analito de una superficie de muestra con un elemento de extracción de muestras, (c) introducción del elemento de extracción de muestras en la primera zona del dispositivo de análisis microfluídico, y elución del analito en la primera zona con un agente eluyente, (d) transferencia del eluato obtenido en el paso (c) a la segunda zona del dispositivo de análisis microfluídico y puesta en contacto del eluato con un componente de enlace específico para el analito alojado en la segunda zona durante un intervalo de tiempo de al menos 3 segundos en ausencia de un elemento de ensayo útil para la identificación del analito, efectuándose un enlace del analito en el componente de enlace específico para el analito, (e) transferencia de la mezcla obtenida en el paso (d) a la tercera zona del dispositivo de análisis microfluídico, y puesta en contacto de la mezcla con al menos un elemento de ensayo alojado en la tercera zona, útil para la determinación del analito, y (f) determinación de la presencia y/o de la cantidad de analito en el elemento de ensayo.
Description
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La concentración de al menos una proteína, al menos un hidrato de carbono, al menos un alcohol sacárico o/y al menos una sal en el reactivo de transferencia descrito anteriormente se puede adaptar a los analitos por el especialista correspondientemente a los respectivos requisitos, pero de modo habitual asciende aproximadamente a un 0,01 hasta aproximadamente un 15 % en peso, referido al peso total del reactivo de transferencia. En tanto el reactivo de transferencia contenga sales, éstas se añaden habitualmente en concentraciones de aproximadamente 1 µM a aproximadamente 1 M.
Además de al menos una proteína, al menos un hidrato de carbono, al menos un alcohol sacárico y/o al menos una sal, el reactivo de transferencia puede contener, en caso dado, otros reactivos, que favorecen una transferencia del analito de la superficie a investigar al elemento de extracción de muestras o/y la liberación posterior del analito en el agente eluyente, como por ejemplo un detergente o/y un disolvente orgánico. Los ejemplos de detergentes comprenden, entre otros, colamidopropanosulfonato, octilglucósido, polidocanol, polialquilenglicoléter (por ejemplo Brij®, Synperonic®) y polisorbatos (por ejemplo Tween® 20, Tween® 80), que se emplean habitualmente en una concentración de aproximadamente un 0,01 a un 5 % en peso, referido al peso total de reactivo de transferencia. Los disolventes orgánicos ejemplares comprenden en especial dimetilsulfóxido, etanol, metanol, glicerina, así como mezclas de los mismos, que se añaden al reactivo de transferencia en una concentración habitualmente < 30 % en peso.
En una variante preferente, el procedimiento según la invención prevé el empleo de un elemento de extracción de muestras, que comprende un indicador de volumen. El indicador de volumen indica al usuario en la extracción de muestras si se tomó un volumen de muestra suficiente, definido, para la determinación. Esto es de significado decisivo en especial en la extracción de muestras de líquidos, como por ejemplo saliva, ya que, en general, sólo en el caso de puesta a disposición de un volumen de muestra definido se puede garantizar un rendimiento óptimo del respectivo sistema de ensayo. Se puede impedir una influencia negativa del sistema de ensayo por los pacientes, a modo de ejemplo, debida a la liberación de un volumen de muestra demasiado reducido, mediante el indicador de volumen, a través de lo cual se puede optimizar en último término la sensitividad, especificidad y fiabilidad total.
De modo especialmente preferente, en el caso del indicador de volumen se trata de un indicador de color, que varía su color en el caso de contacto con un volumen de muestra suficiente, a modo de ejemplo en el caso de contacto con un volumen suficiente de fluido corporal, y en este sentido correlaciona con el volumen de muestra necesario para la determinación del analito. Como indicador de color se puede emplear cualquier indicador de color conocido por el especialista y que parezca apropiado para los fines de la presente invención, en tanto cumpla los criterios citados anteriormente y además no sea tóxico. Los ejemplos de tales indicadores de color comprenden en especial indicadores de color de pH o colorantes vegetales comunes, que se pueden aplicar sobre el elemento de extracción de muestras, a modo de ejemplo, mediante vaporización, estampado, pulverización y/o impregnación de este último.
En el siguiente paso del procedimiento según la invención, el elemento de extracción de muestras humectado con la muestra de analito se introduce en la primera zona del dispositivo de análisis microfluídico, que está configurado preferentemente como cámara (fig. 1A). El elemento de extracción de muestras, así como la primera zona del dispositivo de análisis microfluídico configurada para el alojamiento, o bien integración del elemento de extracción de muestra, están configuradas en este caso de modo que la primera zona se cierre herméticamente tras introducción del elemento de extracción de muestras, y no pueda tener lugar ningún tipo de comunicación fluida entre el interior de la primera zona y el entorno exterior.
Después de haber alojado el elemento de extracción de muestras en la primera zona del dispositivo de análisis microfluídico, y de asegurar la hermeticidad de la primera zona frente al entorno exterior, se introduce agente eluyente en la primera zona del dispositivo de análisis microfluídico (fig. 1B), eluyéndose el analito a partir del elemento de extracción de muestras y distribuyéndose preferentemente de manera homogénea en el agente eluyente. En este aspecto, en una variante preferente la invención prevé que se ponga a disposición una mezcla homogénea de muestra, o bien analito, y agente eluyente, tras introducción de agente eluyente en la primera zona, lo que se puede asegurar, a modo de ejemplo, mediante un tramo mezclador microfluídico u otra estructura mezcladora microfluídica conocida por el especialista. Esto tiene la ventaja de que la muestra, antes de la puesta en contacto con un elemento de ensayo apropiado, se elabora adicionalmente, mediante lo cual el analito es accesible de manera más fácil y eficiente para un componente de enlace específico para el analito, y se minimizan oscilaciones, en especial en la determinación de muestras biológicas.
En el caso de empleo de una combinación apropiada de elemento de extracción de muestras y agente eluyente, por medio del anterior control de procedimiento se puede asegurar que la muestra y el analito contenido en la misma se eluya de modo esencialmente cuantitativo, es decir, en una cantidad de ≥ 95 % en peso, referido al peso total de la muestra absorbida, a partir del elemento de extracción de muestras, que el analito se desprenda de la matriz de muestra de modo esencialmente cuantitativo, y que se efectúe un mezclado completo de analito y agente eluyente. Un desprendimiento cuantitativo de la muestra a partir del elemento de extracción de muestras, así como un desprendimiento cuantitativo del analito a partir de la matriz de muestra es de significado esencial para una sensitividad máxima de sistemas de ensayo diagnósticos, ya que como muestras para la identificación, a modo de ejemplo, de drogas se emplean frecuentemente fluidos corporales, que contienen grandes cantidades de proteínas, 7 5
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lípidos e hidratos de carbono, que pueden provocar por su parte consecuencias no deseadas en reacciones inmunoquímicas.
Según la invención, el agente eluyente se puede introducir en la primera zona del dispositivo de análisis microfluídico de manera arbitraria. De este modo, en una variante de la invención, el agente eluyente puede estar alojado en el elemento de extracción de muestras empleado según la invención. Con este fin, el elemento de extracción de muestras puede comprender, a modo de ejemplo, una ampolla que contiene el agente eluyente, que se abre en el caso de introducción del elemento de extracción de muestras en la primera zona del dispositivo de análisis microfluídico, y libera el agente eluyente. Alternativamente, el agente eluyente puede estar alojado en una cuarta zona del dispositivo de análisis microfluídico, que está en comunicación fluida con la primera zona, y desde la cual el agente eluyente, a modo de ejemplo a través de un paso de manejo del usuario a realizar por separado, se puede lavar en la primera zona del dispositivo de análisis microfluídico (fig. 1A y 1B).
Como agente eluyente, en el ámbito de la presente invención se puede emplear en principio cualquier agente eluyente, que sea capaz de desprender el analito del elemento de extracción de muestras. Sin embargo, en el procedimiento aquí descrito se aplican preferentemente disoluciones tampón acuosas, que pueden comprender, en caso dado, otros reactivos, en especial al menos una proteína, al menos un hidrato de carbono, al menos un alcohol sacárico, al menos un detergente y/o al menos un disolvente orgánico, como se describen anteriormente en cada caso, de modo habitual en una concentración de aproximadamente un 0,05 a aproximadamente un 1,5 % en peso. En el ámbito del procedimiento según la invención se considera especialmente preferente un agente eluyente, preferentemente acuoso, que comprende 1-propanosulfonato de 3-[3-colamidopropil)dimetil-amonio] como componente. Mediante combinación apropiada de los anteriores reactivos, en dependencia de la estructura del respectivo analito se pueden conseguir efectos sinérgicos, mediante lo cual se mejora la elución del analito del elemento de extracción de muestras, o bien el desprendimiento del analito de la matriz de muestra, y de este modo se puede ocasionar un aumento de la sensitividad y/o especificidad de la determinación de analito.
A continuación de la elución del analito a partir del elemento de extracción de muestras, el eluato obtenido, es decir, en un paso adicional del procedimiento según la invención, la mezcla de muestra que contiene analito y agente eluyente se transfiere a la segunda zona del dispositivo de análisis microfluídico a través de medios apropiados, en especial a través de una estructura microfluídica, como por ejemplo un microcanal, y se pone en contacto con un componente de enlace específico para el analito alojado en la segunda zona durante un intervalo de tiempo definido, efectuándose un enlace del analito al componente de enlace específico para el analito. Por consiguiente, según la invención, el analito se incuba con el componente de enlace específico para el analítico en ausencia de un elemento de ensayo útil para la identificación del analito, mediante lo cual se puede aumentar significativamente la sensitividad, así como la especificidad del procedimiento de identificación, en especial en la determinación de analitos poco hidrosolubles.
El paso del eluato de la primera zona a la segunda zona del dispositivo de análisis microfluídico se puede poner en marcha en este caso, a modo de ejemplo, mediante un paso de manejo del usuario a efectuar por separado, transportándose preferentemente un volumen definido de eluato a la segunda zona. El paso del eluato de la primera zona a la segunda zona se puede utilizar además para conseguir un grado aún más elevado de mezclado homogéneo de tramo mezclador microfluídico, u otra estructura microfluídica conocida por el especialista.
La segunda zona del dispositivo de análisis microfluídico puede estar configurada en principio en cualquier forma, en tanto pueda alojar el eluato transportado de la primera zona, y posibilite un contacto del eluato con el componente de enlace específico para el analito dispuesto en la segunda zona. En una variante preferente de la invención, la segunda zona del dispositivo de análisis microfluídico está configurado como cámara aislada, y contiene un componente de enlace específico para el analito aislado. Alternativamente, la segunda zona puede comprender también varias cámaras, a modo de ejemplo 2 a 5 cámaras, que presentan preferentemente disposición paralela entre sí, y que pueden contener, en caso dado, diferentes componentes de enlace específicos para el analito, en tanto se deban determinar simultáneamente varios analitos (fig. 1C).
El componente de enlace específico para el analito puede ser cualquier substancia química que se una a los analitos a analizar, pero que no forme ningún tipo de enlace con otras substancias, eventualmente presentes en la muestra. Las substancias químicas que cumplen este perfil de requisitos son generalmente conocidas por el especialista, o se pueden obtener correspondientemente a los requisitos en el respectivo analito por medio de experimentos rutinarios,
o bajo aplicación de técnicas conocidas.
En en caso del componente de enlace específico para el analito se trata preferentemente de un anticuerpo o un fragmento de anticuerpo funcional, que puede presentar, en caso dado, adicionalmente un punto de enlace o varios puntos de enlace para un reactivo de captura, como se describe anteriormente. El concepto „fragmento de anticuerpo funcional“, como se emplea en el ámbito de la presente solicitud, designa en este caso un fragmento de anticuerpo que puede cumplir la función de un enlace específico en los analitos concebida para el mismo. Por el contrario, un „fragmento de anticuerpo no funcional“ designa un fragmento de anticuerpo que no forma ningún
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de ensayo en forma inmovilizada, mediante lo cual la substancia de control se inmoviliza en el caso de contacto con su componente de enlace, y en una posición predeterminada en el elemento de ensayo (línea de control) se genera una señal detectable. La línea de control se configura independientemente de la presencia de analito, y actúa como indicador para una funcionalidad inmejorable del elemento de ensayo. Agente eluyente excedente, que abandona la zona del elemento de ensayo configurada para la detección óptica del analito, se puede absorber en una zona del elemento de ensayo configurada a propósito a tal efecto con ayuda de un material absorbente de líquido.
La determinación de analito cualitativa y/o cuantitativa llevada a cabo en el último paso del procedimiento según la invención se puede efectuar de manera arbitraria. A tal efecto se pueden emplear en principio todos los métodos para la identificación de reacciones inmunológicas conocidos por el estado de la técnica, que generan una señal mensurable, que se puede valorar, o bien leer manualmente o bajo empleo de medios apropiados. En el ámbito de la presente invención se emplean preferentemente métodos de identificación ópticos, en especial métodos de identificación fotométricos o fluorimétricos. Según la invención es especialmente preferente una identificación ópticavisual de analito.
En una variante preferente del procedimiento según la invención, el dispositivo de análisis microfluídico comprende, además de las zonas citadas anteriormente, otra zona que comprende al menos una función de cronómetro para el control temporal de los procesos, o bien reaccionas, que se desarrollan en el dispositivo de análisis. El concepto „función de cronómetro“, como se emplea en el ámbito de la presente invención, designa un cronómetro que indica al usuario, a modo de ejemplo mediante una señal óptica y/o acústica, el final de un proceso que se desarrolla en el dispositivo de análisis, en especial el final de una reacción que se desarrolla en el dispositivo de análisis, y en caso necesario puede hacer necesario otro paso de manejo del usuario, como por ejemplo el apretar un botón en el dispositivo de análisis para la lectura del resultado de ensayo.
Por medio del cronómetro citado anteriormente se controla de modo especialmente preferente el tiempo de reacción entre el analito y el componente de enlace específico para el analito en la segunda zona del dispositivo de análisis microfluídico [paso (d)] o/y el tiempo de determinación de analito en el elemento de ensayo en la tercera zona del dispositivo de análisis microfluídico [paso (f)], previendo el dispositivo de análisis microfluídico para cada uno de ambos pasos preferentemente un cronómetro propio, y comprendiendo en este sentido dos cronómetros independientes entre sí.
En lo que se refiere al paso (d) del procedimiento según la invención, el cronómetro se pone en funcionamiento habitualmente en el caso de introducción del eluato, es decir, de la mezcla de muestra que contiene analito y agente eluyente, en la segunda zona del dispositivo de análisis microfluídico. Este primer cronómetro indica al usuario que la reacción entre el analito y el componente de enlace específico para el analito ha concluido, y con ello que se puede iniciar el paso de la mezcla de la segunda a la tercera zona del dispositivo de análisis microfluídico.
En relación con el paso (f), el cronómetro cronómetro se pone en funcionamiento habitualmente con el paso de la mezcla de reacción, constituida por muestra analítica, agente eluyente y componente de enlace específico para el analito, a la tercera zona del dispositivo de análisis microfluídico. Este segundo cronómetro está ajustado de modo que correlaciona con el tiempo de determinación analítica en el elemento de ensayo, e indica al usuario que puede leer el resultado del ensayo. En este sentido se pueden evitar resultados de ensayo falsos debidos a lectura prematura del elemento de ensayo, así como retrasos innecesarios en la valoración debidos a tiempo de espera demasiado largos.
Un cronómetro definido y constante se puede representar, entre otras, mediante una cromatografía que se lleva a cabo junto con las reacciones que se desarrollan en el paso (d) y/o en el paso (f). A tal efecto se puede emplear, a modo de ejemplo, una tira de ensayo de flujo lateral, que está constituida por una o varias superficies con actividad capilar dispuestas en yuxtaposición, que están en comunicación fluida, y posibilitan un transporte de líquido continuo. En una variante preferente, la tira de ensayo comprende al menos un colorante como indicador óptico, que puede estar aplicado en diversas posiciones en la banda de ensayo y, debido a la dependencia del tiempo de cromatografía del agente eluyente, tras un intervalo de tiempo definido, a modo de ejemplo mediante modificación de color y/o mediante aparición en una ventana de lectura.
En tanto el dispositivo de análisis microfluídico comprenda un cronómetro para el control temporal de las reacciones que se desarrollan en el dispositivo de análisis, de modo preferente éste contiene adicionalmente medios para la iniciación, o bien actuación del cronómetro, como por ejemplo al menos un agente eluyente apropiado para aplicaciones cromatográficas. Estos medios para la iniciación, o bien actuación del cronómetro, pueden estar alojados en una de las zonas del dispositivo de análisis microfluídico descritas anteriormente, o bien en otra zona, separada de las mismas, considerándose preferente la última variante. Los acondicionamientos alternativos del dispositivo de análisis microfluídico, o bien sus zonas aisladas, surgen para el especialista basándose en su conocimiento general, en combinación con las anteriores explicaciones.
El procedimiento según la invención posibilita la determinación de uno o varios analitos con sensitividad y
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