ES2625940T3 - Dispositivo para analizar una muestra biológica o química - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo para analizar una muestra, dicho dispositivo comprende por lo menos una cámara de depósito y por lo menos una cámara (7) de proceso, mientras que la cámara (7) de proceso se integra en por lo menos un primer elemento (17; 117; 217) de soporte y la cámara de depósito se integra en por lo menos un segundo elemento (18; 118; 218) de soporte, mientras que los elementos de soporte se disponen de tal manera que la cámara (7) de proceso se puede conectar con la cámara de depósito mediante un movimiento relativo de la primera (17; 117; 217) y segundos elementos (18, 118; 218) de soporte con respecto al otro, dicho dispositivo adicional comprende conductos, que se integran en los elementos de soporte, y un elemento de bomba que se integra en uno de los elementos de soporte para trasferir las sustancias dentro del dispositivo desde una cámara a la otra caracteriza porque dichos conductos y dicho elemento de bomba se proporcionan con el fin de formar un bucle de circuito de fluido cerrado con la cámara de proceso y la cámara de depósito, cuando se conectan las cámaras.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo para analizar una muestra biologica o qmmica
La invencion se refiere a un dispositivo y un metodo para analizar una muestra biologica o qmmica, en particular, una muestra de origen biologico, por ejemplo, una muestra biologica que comprende acidos nucleicos. Adicionalmente la invencion se refiere al campo de la tecnologfa “Sistema de analisis electronico miniaturizado” adecuado para aplicaciones “campo” y “punto de cuidado” (POC).
Analisis basados en biologfa molecular, bioqmmica, o qmmica altamente sofisticados, tal como pruebas de acido nucleico, NAT, en particular todas las modificaciones de la reaccion de cadena de polimerasa (PCR), que son cada vez mas y mas atractivas en medicina y cuidado de la salud, asf como en casi todos los campos de la industria, que incluyen negocios de agricultura, biotecnologfa, qmmicas y medio ambiente. Subsiste una gran demanda de metodos analfticos capaces de satisfacer las crecientes necesidades que se relacionan con, por ejemplo, resultados terapeuticos o planificacion y control de costes y procesos de fabricacion industrial.
La mayor parte de los sistemas analfticos del estado de la tecnica son muy complejos, requieren manejo de reactivos inestables, equipos de laboratorio costosos y asf como tambien personal altamente capacitado para realizar e interpretar las pruebas. Por lo tanto, el analisis no es efectivo ni en tiempo ni en costes ya que implica enviar una muestra a un laboratorio especializado con el considerable retardo en la obtencion de resultados. Por esta razon, las pruebas en campo y de punto de cuidado (POCT) se han vuelto particularmente deseables ya que acortan significativamente el tiempo de muestreo hasta resultado. En diagnostico clrnico, algunos pacientes asintomaticos suelen ser impacientes con los procesos de pruebas y no asisten a la cita de seguimiento, por lo tanto, se debe ofrecer el tratamiento adecuado o tranquilidad durante una unica visita. Adicionalmente, subsiste una necesidad de pruebas rapidas faciles de realizar para otras aplicaciones en campo, por ejemplo, pruebas forenses (“escena del crimen”, “punto de detencion”), pruebas alimenticias (deteccion GMO, fraude alimenticio), defensa (deteccion de bio amenazas) y muchas mas.
Hasta ahora, las pruebas de acido nucleico (NAT) procesadas en laboratorio han tenido en general mucha mas sensibilidad que las pruebas POC rapidas, que se utilizan en funcion de inmunodeteccion de patogenos. La mayona de las plataformas basadas en NAT y las tecnologfas actuales en desarrollo no proporcionan una solucion integrada para preparacion simple, evaluacion y analisis de datos. Un ejemplo de una plataforma exitosa se conoce del documento WO 2005/106040 A2. Sin embargo, dicho dispositivo, requiere carga manual de reactivos que puede ser inconvenientes para el usuario y ser propenso a errores. Tambien la evaluacion de datos requiere la intervencion del operador. Por lo tanto, es inapropiado para pruebas en campo. Adicionalmente el diseno complejo de laboratorio en una caja del dispositivo, que consiste de diversas partes grandes moldeadas por inyeccion y adicionalmente diversas partes de montaje tal como filtros, tornillos y roscas, etcetera, resulta en altos costes para el dispositivo desechable.
Otros ejemplos de dispositivos o equipos para analizar muestras biologicas o pruebas de punto de cuidados de fluidos corporales, incluyen analisis de acidos nucleicos, que se proporcionan en el documento WO 2005/047855 A2 y US2002/0143272 A1. Se conocen sistemas de analisis miniaturizado por ejemplo del documento US 2005/0161669 A1 o US 5.922.288. En estos documentos se describen dispositivos que comprenden diversas camaras de sondas o de reaccion que se integran en elementos de soporte. Las camaras se pueden conectar entre sf mediante movimientos relativos de los elementos de soporte. Sin embargo, utilizar estos sistemas presenta un riesgo de contaminacion potencial de las zondas provenientes del entorno.
De acuerdo con lo anterior, la presente invencion se dirige a proporcionar un dispositivo para analizar una muestra qmmica o biologica, que evita por lo menos una de las desventajas de los dispositivos conocidos del estado de la tecnica. En particular, el objeto de la presente invencion es proporcionar un dispositivo que permite la prueba rapida, es facil de manejar y es economico de producir.
Este objeto se resuelve mediante un dispositivo de acuerdo con la invencion. Las realizaciones preferidas de la presente invencion se someten a las reivindicaciones dependientes respectivas.
De acuerdo con la invencion, se proporciona un dispositivo para analizar una muestra, dicho dispositivo comprende por lo menos una camara de deposito para recibir uno o mas reactivos y por lo menos una camara de proceso, mientras que la camara de deposito se puede conectar con la camara de proceso. El dispositivo se caracteriza adicionalmente por que la camara de proceso esta integrada en un primer elemento de soporte y la camara de deposito se integra en por lo menos un segundo elemento de soporte, mientras que los elementos de soporte se disponen de tal manera que la cama de proceso se puede conectar con la camara de deposito mediante un movimiento relativo del primero y segundo elementos de soporte con respecto a otro. De acuerdo con la invencion, se proporcionan adicionalmente conductos y elementos de bomba, dicho elemento de bomba (temporalmente) crea suficiente presion para trasferir una sustancia que se ubica dentro del dispositivo de una camara a la otra. El elemento de bomba se integra dentro de uno de los elementos de soporte, es decir, hace parte del dispositivo
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propiamente dichos. Tambien los conductos se integran en los elementos de soporte. Cuando las camaras se conectan a un bucle de circuito de fluido cerrado se forma con la camara de proceso y la camara de deposito.
Son posibles una o mas camaras de depositos y/o camaras de proceso. Preferiblemente las camaras se pueden conectar en forma reversible.
El dispositivo para analizar una muestra de acuerdo con la invencion proporciona un diseno simple y sencillo, y en particular un diseno que se puede producir economicamente. De esta manera, la invencion tambien proporciona un dispositivo que permite en forma adecuada el uso como “desechable”, es decir, un sistema de analisis miniaturizado que se desecha despues de uso. De acuerdo con lo anterior el dispositivo de la invencion es particularmente adecuado para configuraciones en campo y punto de cuidado. Adicionalmente, al integrar el elemento de bomba en el dispositivo propiamente dicho, todos los elementos que entran en contacto con las sustancias durante analisis se combinan en una unidad, preferiblemente desechable, que permite la creacion de un sistema fluido cerrado, que ayuda a evitar cualquier contaminacion de las sustancias o el interior del dispositivo propiamente dicho. Dicha contaminacion puede ocurrir cuando el dispositivo se tendna que conectar a una bomba “externa”.
Ventajosamente, la camara del dispositivo se puede precargar con reactivos adaptados para realizar un analisis diferente. Con ello el dispositivo se puede utilizar como un formato “listo para uso” de un sistema de analisis miniaturizado.
La muestra analizada en el dispositivo de la invencion puede tener cualquier origen o naturaleza, por ejemplo, biologico, natural, sintetico o semisintetico. La invencion no se limita de esta manera a ningun origen de muestra espedfico.
Preferiblemente, se puede proporcionar una manguera elastica como parte del elemento de bomba. La manguera elastica se puede conectar a las camaras mediante conductos respectivos, que se integran en los elementos de soporte. Se puede crear una presion de bombeo dentro de la manguera elastica al deformar localmente y por lo tanto sellando reversiblemente, por ejemplo, por medio de un elemento de rodillo, que se mueve a lo largo de la longitud de la manguera elastica. Esto crea una presion positiva dentro de la manguera elastica sobre el lado del elemento de rodillo que enfrenta la direccion del movimiento. Por consiguiente, se crea una presion negativa en el lado opuesto dentro de la manguera elastica.
El termino “manguera elastica” de acuerdo con la invencion puede cubrir todos los elementos, que definen un espacio interior y tienen una cubierta elastica que circunda dicho espacio interior y adicionalmente por lo menos una entrada y una salida. Una manguera elastica de acuerdo con la invencion no necesariamente tiene una forma alargada, similar a tubo, aunque se prefiere.
Las camaras se conectan al elemento de bomba con el fin de crear un circuito de bucle cerrado si los elementos de soporte estan en una posicion relativa en la que las camaras se conectan entre sf. El bucle fluido cerrado por un lado evita cualquier contaminacion de las sustancias dentro de las camaras y permite adicionalmente en una forma simple la revision de la direccion del flujo de dichas sustancias.
De acuerdo con la invencion, el movimiento relativo de los elementos de soporte que conectan las camaras entre sf puede tener diferente naturaleza, por ejemplo, las camaras se pueden interconectar a traves movimientos lineales, diagonales, arqueados, circulares o similares de los elementos de soporte, o combinaciones de los mismos. Por lo tanto, las camaras del dispositivo se pueden ubicar en uno o mas niveles o secciones y el dispositivo puede comprender una secuencia de elementos de soporte que incluyen camaras que se extienden a traves de diferentes niveles o diferentes secciones de un nivel.
Las camaras de proceso de deposito de acuerdo con la invencion no se limitan en numero, tamano, forma (por ejemplo, cubica, rombica, serpenteante, etcetera), material o de cualquier otra propiedad ffsica, como por ejemplo recubrimientos o aislamientos. Sus disenos individuales se adaptan adecuadamente a la naturaleza de la muestra que se va a procesar o la etapa de proceso, para la que se utiliza la camara. Por ejemplo, en caso de que el dispositivo de la invencion, se utiliza para pruebas de acido nucleico (NAT), la camara de proceso puede comprender ventajosamente una matriz de union de acido nucleico; Adicionalmente por lo menos un reactivo de aislamiento y un reactivo de analisis que se ubican en diferentes camaras de deposito. Cuando se amplifica los acidos nucleicos que utilizan reaccion de cadena de polimerasa (PCR), una gran relacion de superficie/volumen de la camara de reaccion respectiva se prefiere para mejorar la eficiencia del ciclo termico.
De acuerdo con una realizacion preferida de la presente Invencion, el primer elemento de soporte se forma como un elemento circular y el segundo elemento de soporte se forma como un elemento anular, mientras que el elemento circular y el elemento anular se ubican concentricamente con respecto al otro. Esta realizacion sobresale por su forma compacta, similar a disco. Adicionalmente, como los primeros y segundos elementos de soporte se pueden girar con respecto al otro, se puede alcanzar un movimiento relativo de los elementos sin ninguna variacion para sus dimensiones externas. Esto es una ventaja especial en terminos del dispositivo que se va a integrar en un aparato complejo para automatizacion (por ejemplo, una estacion base).
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En una realizacion preferida adicional de esta invencion, se proporciona un tercer elemento de soporte que se puede mover con respecto al segundo elemento de soporte. Preferiblemente, el tercer elemento de soporte se forma como un disco anular, que se dispone concentricamente y puede girar con respecto al primero y/o segundo elementos de soporte.
En una realizacion de la invencion, los elementos de soporte forman un sello sobre el ensamble, proporcionando asf un sistema fluido sustancialmente cerrado dentro del dispositivo. Simultaneamente, con el fin de permitir que se lleven a cabo etapas sucesivas del proceso, los elementos de soporte dentro de dicho dispositivo ensamblado pueden girar (o moverse) con respecto al otro. Adicionalmente, es ventajoso que el sellado se alcanza al proporcionar un contacto directo optimo entre los miembros de soporte dentro del dispositivo ensamblado, sin necesidad de material de empaque adicional. De esta manera los elementos de soporte se hacen preferiblemente de materiales de polfmero adecuados, tal como polioximetileno (POM), polietileno (PE), policarbonato (PC), politetrafluoroetileno (PTFE) o copolfmero de olefina dclico (COC).
Con el fin de permitir una forma visual, optica o cualquier otra forma de una evaluacion relacionada con la imagen de la prueba o resultados de analisis, el dispositivo de la invencion se puede constituir por lo menos parcialmente de un material transparente, por ejemplo, un polfmero transparente, junto con este permitiendo la observacion de la camara de reaccion u otras partes del dispositivo (incluyendo conductos).
El dispositivo de acuerdo con la invencion se puede utilizar ventajosamente con una estacion base, mientras que la estacion base puede comprender por lo menos una unidad para mover a los elementos de soporte con respecto al otro. La estacion base puede adicionalmente comprender una unidad de bomba. Dicho sistema comprende por lo menos una estacion base y un dispositivo de analisis separado proporciona la ventaja de que los dispositivos tecnicos complejos y de esta forma costosos se pueden incorporar en una estacion base, mientras que el dispositivo de analisis se puede disenar como un dispositivo desechable economico. Esto reduce los costos implicados con el uso del dispositivo de analisis o, respectivamente, el sistema de acuerdo con la invencion.
En una realizacion preferida de la invencion, el elemento de bomba del dispositivo comprende una manguera elastica y la unidad de bomba de la estacion base comprende un elemento de deformacion, preferiblemente un elemento de rodillo, que se mueve a lo largo de la longitud de la manguera elastica, deformando localmente por lo tanto la manguera elastica. Esta realizacion es ventajosa porque partes complejas y costosas de la bomba (que comprenden el elemento de bomba del dispositivo y la unidad de bomba de la estacion base) se ubican en la estacion base y solo la manguera elastica hace parte del dispositivo desechable (preferiblemente). Por lo tanto, se puede mantener bajo el coste de produccion del dispositivo.
En el caso de que la estacion base comprenda una unidad de evaluacion y control, el control de las unidades de la estacion base se puede automatizar. Esto permite una automatizacion completa del proceso de analisis ejecutado dentro del dispositivo.
El sistema de acuerdo con la invencion puede comprender adicionalmente por lo menos unos medios de calefaccion. Dichos medios de calefaccion pueden generar diferentes zonas de temperatura en la estacion base. Adicionalmente la estacion base puede comprender una unidad mediante la cual dichas zonas de temperatura se pueden mover con respecto al dispositivo. Por lo tanto, las temperaturas dentro de las diferentes camaras del dispositivo se pueden ajustar a valores que se adecuan mas para las etapas de proceso respectivas llevadas a cabo dentro de dichas camaras. Esto permite la generacion de un perfil de temperatura que se adapta a las etapas de procesos sucesivas que se realizan dentro del dispositivo de analisis.
Un metodo para analizar una muestra que utiliza el dispositivo de acuerdo con la invencion comprende la etapa de insertar la muestra en el dispositivo y una secuencia de procesos (analizar la muestra dentro del dispositivo, adquisicion de datos, procesamiento de datos y finalmente informar resultados) que se realiza con la ayuda de una estacion base de acuerdo con la invencion. En una realizacion, la primera etapa puede ser una etapa manual, mientras que las otras etapas pueden ser completamente o parcialmente automatizados.
La invencion presenta preferiblemente diversas ventajas en comparacion con los dispositivos conocidos de la tecnica anterior. El dispositivo (sistema respectivamente) de acuerdo con la invencion permite un uso facil y seguro incluso por personal no capacitado. Por ejemplo, todas las etapas de proceso, que incluyen la preparacion de muestra y analisis, asf como evaluacion de los datos y resultados de llamada, se pueden integrar y se pueden ejecutar automaticamente. El uso de un dispositivo desechable, que esta precargado con todos los reactivos requeridos para el proceso completo, elimina el riesgo de error humano o contaminacion cruzada, mientras que el diseno compacto del dispositivo reduce la cantidad de material de desperdicio. En particular, si el dispositivo se construye como un sistema substancialmente cerrado, el riesgo de contaminacion de reactivos, asf como el riesgo de contaminacion por amplicones del ambiente se reduce sustancialmente.
La invencion se explicara en mas detalle con referencia a realizaciones espedficas como se muestra en los dibujos, en los que
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La figura 1: muestra una vista isometrica de un dispositivo de acuerdo con la invencion en una primera realizacion;
Figura 2 a figura 14: Muestran diferentes etapas de proceso mientras utilizan el dispositivo de acuerdo con la figura 1;
Figura 15A: Muestra una estacion base para uso con el dispositivo de acuerdo con la figura 1 a 14 en una vista lateral;
Figura 15B: Muestra la estacion base de acuerdo con la figura 15A en una vista superior;
Figura 16: Muestra el dispositivo de mezcla de la estacion base de la figura 15;
La figura 17: Muestra una vista isometrica del lado delantero de un dispositivo de acuerdo con la invencion en una segunda realizacion;
Figura 18: Muestra una vista isometrica de un dispositivo de acuerdo con la invencion en una tercera realizacion; y Figura 19: Muestra un elemento aislado del dispositivo de acuerdo con la figura 18.
La figura 1 muestra una primera realizacion de un dispositivo para analizar una muestra de acuerdo con la invencion. El dispositivo incluye un sistema lfquido para el aislamiento y analisis de acidos nucleicos de una muestra qmmica o biologica. El dispositivo comprende adicionalmente tres elementos de soporte; el primer elemento 17 de soporte tiene forma de disco circular delgado, es decir, el diametro del disco circular supera excede de lejos su espesor. El segundo elemento 18 de soporte tiene forma de disco anular que es concentrico con respecto al primer elemento de soporte. El primer y segundo elemento 17, 18 de soporte pueden girar con respecto al otro alrededor de su eje central comun. El tercer elemento 19 de soporte tambien tiene forma de disco anular; encierra el segundo elemento 18 de soporte y es concentrico con respecto al primer y segundo elemento 17, 18 de soporte. El diametro externo del tercer elemento 19 de soporte tiene aproximadamente 10 cm.
Posibles materiales para los elementos de soporte son los polfmeros, tal como polioximetileno (POM), polietileno (PE), policarbonato (PC), politetrafluoroetileno (PTFE) o copolfmeros de olefina dclica (COC). Para sellar las conexiones fluidas entre partes individuales del dispositivo, se proporciona una capa delgada de polfmero elastico sobre ambas interfaces del segundo elemento 18 de soporte. Con el fin de crear la capa delgada, preferiblemente el segundo elemento 18 de soporte se produce mediante moldeo de inyeccion de dos componentes, mientras que los otros elementos de soporte se fabrican mediante cualquier metodo conocido en la tecnica, tal como moldeo por inyeccion, microfabricacion de repujado en caliente. Las partes se producen con un sobretamano de diametro. Para crear una conexion de ajustes de todas las tres partes, el ensamble se puede hacer con la ayuda de contraccion y expansion termicas. La parte interna se enfna para reducir el diametro mientras que la parte exterior se calienta para aumentar el diametro. Despues del ensamble y equilibrio de temperatura, ambas partes se ajustan en forma precisa y se comprime el sello para asegurar hermeticidad a fugas.
Incorporado en los tres elementos 17, 18, 19 de soporte se encuentra una serie de camaras que tienen tamano y forma diferente, y componentes funcionales adicionales. Los tres elementos de soporte comprenden,
- una primer camara 1 de deposito, que aloja un regulador de lisis que contiene dodecil sulfato de sodio (SDS) y proteinasa K en una cantidad total de aproximadamente 100 pl;
- una segunda camara 2 de deposito, que aloja un regulador de union comprende por lo menos NaCl 3M y por lo menos Tween 20 al 1% en una cantidad total de aproximadamente 300 pl;
- una tercera camara 3 de deposito, que aloja un primer agente de purificacion que comprende por lo menos NaCl 3M en una cantidad total de aproximadamente 200 pl;
- una cuarta camara 4A de deposito, que aloja una primera cantidad de un segundo agente de purificacion que comprende por lo menos 50% de etanol en una cantidad total de aproximadamente 200 pl;
- una quinta camara 4B de deposito, que aloja una segunda cantidad de un segundo agente de purificacion que comprende por lo menos 50% de etanol en una cantidad total de aproximadamente 200 pl;
- una sexta camara 5 de deposito, que aloja un regulador de elucion que comprende un regulador TE o agua destilada en una cantidad total de aproximadamente 200 pl;
- una camara 6 de muestra, que tiene una capacidad de aproximadamente 100 pl;
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- una camara 7 de proceso, que aloja la matriz de union de ADN de partfculas de s^lice magneticas y que tienen capacidad de aproximadamente 400 pl;
- una camara 8 de desperdicios, que tiene una capacidad de aproximadamente 400 pl;
diez camaras 9 de deposito de mezcla maestra (solo se muestra una en la figura 1 a figura 14), que aloja sustancias
para la amplificacion y deteccion de acidos nucleicos en una cantidad total de 16 a 18 pl (en la realizacion
presentada, se utilizan reactivos lfquidos para el PCR aunque otras formulaciones (encapsuladas, secadas por congelamiento, secadas al aire, etcetera) son igualmente adecuadas y se pueden preferir debido a su estabilidad prolongada, incluso a temperaturas elevadas (por ejemplo, durante almacenamiento o transporte del dispositivo de punto de cuidado) en el caso de las capacidades de la sexta camara 5 de deposito y los bucles 14 de medicion puede ser necesario ajustar con el fin de asegurar una rehidratacion adecuada de los reactivos);
- diez camaras 10 de reaccion PCR (solo se muestran dos en la figura 1 a figura 14) que se utilizan para la amplificacion y deteccion de acidos nucleicos, cada una tiene una capacidad de 20 pl;
-una camara 11 de elucion, que no se precarga y tiene una capacidad de aproximadamente 100 pl;
- dos puertos 12 para una manguera elastica (no mostrada) que actua como un elemento de bomba;
- diez bucles 14 de medicion de conductos (solo se muestran dos en la figura 1 a figura 14), cada uno tiene una
capacidad de aproximadamente 4 pl;
- conductos 15 de carga (solo se muestran tres pares en la figura 1 a figura 14);
- un canal 16 de ventilacion.
En una realizacion alterna las camaras de deposito 1 a 3 se pueden cargar con las siguientes sustancias:
- primera camara 1 de deposito: un regulador de lisis con > 1 M GuHCl (o GuSCN), > 1% Tween 20 (o Triton X-100), SDS, proteinasa K, en una cantidad total de 100 pl
- segunda camara 2 de deposito: un regulador de union con > 3 M GuHCl (o GuSCN), en una cantidad total de 50 pl;
- tercera camara 3 de deposito: un primer agente de purificacion con > 3 M GuHCl (o GuSCN) y > 30% etanol, en una cantidad total de 200 pl.
El tercer elemento 19 de soporte comprende adicionalmente una abertura 13 curva para recibir una manguera elastica (no mostrada) como parte del elemento de bomba. La manguera elastica se hace de silicona y se conecta a los dos puertos 12, que se conectan a una red de conductos, dichos conductos se incorporan en los tres elementos de soporte. Los conductos conectan las diferentes camaras de los elementos de soporte de una forma que sera evidente mediante la siguiente descripcion mas detallada del uso del dispositivo. El elemento de bomba opera como una bomba de rodillo; la manguera elastica se comprime por medio de un elemento 23 de rodillo, que hace parte de una estacion base (vease Figura 15A y Figura 15B), en la que el dispositivo se coloca para procesamiento, dicho elemento de rodillo se mueve por medio de una unidad de bomba de la estacion base a lo largo de la longitud de la manguera elastica. Debido al movimiento del elemento de rodillo se genera una presion positiva dentro de la manguera elastica sobre un lado del elemento de rodillo y por consiguiente se genera una presion negativa dentro de la manguera elastica en el lado opuesto del elemento rodillo. La manguera elastica del elemento de bomba crea un bucle cerrado con los conductos y las diferentes camaras, que se conectan a la manguera elastica en la posicion respectiva del primer y segundo elementos 17, 18 de soporte. El bucle cerrado reduce el riesgo de contaminacion.
El dispositivo como se muestra en la figura 1 es un dispositivo desechable economico, que se precarga con todas las sustancias para la preparacion de muestra, asf como con todas las sustancias necesarias para un analisis PCR cuantitativo en tiempo real. Las sustancias lfquidas se pueden cargar en el dispositivo a traves de conductos 15 de carga incorporados en los elementos de soporte. La Figura 2 muestra tres elementos de soporte del dispositivo en una posicion de carga de reactivo respectiva (para una mejor vista, solo se muestran tres pares de conducto de carga). En una realizacion alterna los elementos de soporte se pueden disenar con camaras que se abren en un lado. Las camaras abiertas se pueden cargar luego facilmente con reactivos secos (por ejemplo, encapsulados, secados por congelamiento, secados al aire, etcetera) y despues de eso sellados mediante una lamina adhesiva, que se une al lado abierto de los elementos de soporte para formar camaras cerradas.
Para el transporte y manejo del dispositivo, se pueden girar tres elementos de soporte de tal manera que los conductos que conducen hacia y desde diferentes camaras precargadas se separan de cualquier conducto de conexion en el elemento de soporte adyacente, sellado de esta manera.
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El metodo aplicado para el aislamiento de ADN se basa en el principio de union de acidos nucleicos a la superficie de s^lice en la presencia de soluciones salinas altamente concentradas. Las partfculas de sflice magneticas, que se alojan dentro de la camara 7 de proceso, actuan como una matriz para unir el ADN.
La figura 2 a 14 muestran diferentes etapas durante el uso del dispositivo de la figura 1.
Primero se recolecta una muestra que contienen las bacterias, por ejemplo, de la cavidad oral de un paciente y se colocan dentro de la camara 6 de conservacion de muestra. Despues de eso la camara 6 de conservacion de muestra se sella por medio de una pelfcula adhesiva. Luego se coloca el dispositivo completo dentro de la estacion base (Figura 15A y 15B) y se inicia el proceso de analisis automatico. La figura 3 muestra tres elementos de soporte del dispositivo en una posicion de inicio.
Por medio de la unidad de la estacion base, se gira el segundo elemento 18 de soporte con respecto al primer y tercer elemento 17, 19 de soporte en una direccion en sentido horario, como se muestra en la figura 3. Debido al movimiento del segundo elemento 18 de soporte, se crea un primer bucle, que conecta la manguera elastica del elemento de bomba con la primera camara 1 de deposito y la camara 6 de muestra. De acuerdo con lo anterior, el regulador de lisis, que esta contenido en la primera camara 1 de deposito, se mueve repetidamente desde la primera 1 camara de deposito dentro de la camara 6 de muestra, y viceversa, cuando el elemento de rodillo del elemento de bomba se mueve repetidamente a lo largo de la longitud de la manguera elastica. El movimiento hacia atras y hacia adelante del regulador de lisis ayuda a mezclarlo con la muestra. Mientras tanto, la mezcla se calienta en la camara 6 de muestra a una temperatura de 55° C a 95° C durante un penodo de aproximadamente 5 a 15 minutos. Luego la mezcla se mueve hacia atras hacia la primera camara 1 de deposito.
La figura 4 muestra el dispositivo despues de rotacion en sentido contra horario del primer elemento 17 de soporte que resulta en una conexion de la primera camara 1 de deposito con la camara 7 de proceso. La camara 7 de proceso contiene las partfculas de sflice magneticas que unen ADN (no mostradas). Realizaciones adicionales pueden proporcionar una membrana o filtro de lana como matriz de union ADN. El lisado se bombea desde la primera camara 1 de deposito dentro de la camara 7 de proceso.
Dentro de la camara 7 de proceso, se ubica un agitador 33 magnetico (vease Figura 16), que soporta la mezcla de las sustancias dentro de la camara 7 de proceso. El agitador 33 magnetico se hace girar a una alta velocidad de rotacion por medio de un iman 20 permanente externo giratorio, que hace parte de la estacion base (vease Figura 15A) e impulsado rotacionalmente por un motor 21 electrico.
La figura 5 muestra el dispositivo despues de rotacion seccional adicional del segundo elemento18 de soporte en una direccion contra horaria. En esta posicion la camara 7 de proceso se conectada a la segunda camara 2 de deposito que contiene el regulador de union. El regulador de union se bombea desde segunda camara 2 de deposito dentro de la camara 7 de proceso. Durante un penodo de hasta 5 minutos el regulador de union y el lisato se agitan en la camara 7 de proceso por medio del agitador 33 magnetico y el iman 20 permanente externo giratorio para alcanzar una buena mezcla de los componentes y una buena union del ADN a las partfculas de sflice magneticas. Esta etapa de proceso se lleva a cabo a temperatura ambiente.
La siguiente posicion como se muestra en la figura 6 se alcanzada mediante un movimiento giratorio adicional del primer elemento 17 de soporte en una direccion horaria, mediante la cual la camara 7 de proceso se conectada a la camara 8 de desperdicio. El regulador de union y el lisato (que no contienen mas ADN) se mueven a la camara 8 de desperdicio, mientras que las partfculas de sflice magneticas y el ADN se retienen en la camara 7 de proceso mediante el iman 20 externo no giratorio.
Despues de un movimiento giratorio adicional del primer y la segundo elementos 17, 18 de soporte en una direccion contra horaria, la camara 7 de proceso se conecta a la tercera camara 3 de deposito que contiene el primer agente de purificacion que comprende NaCl (vease Figura 7). El primer agente de purificacion se bombea desde la tercera camara 3 de deposito dentro de la camara 7 de proceso, que comprende ADN unido a las partfculas de sflice magneticas. Luego las partfculas se resuspenden en el agente de purificacion mediante el agitador 33 magnetico y el iman 20 permanente externo giratorio. Al hacerlo, las sobras de los reguladores de la preparacion de muestra, y los residuos de celulas adicionales, protemas, etcetera se eliminan del ADN unido a las partfculas de sflice magneticas. El agente de purificacion junto con las impurezas se mueve luego de nuevo dentro de la tercera camara 3 de deposito, mientras que el ADN unido a las partfculas de sflice magneticas se retiene en la camara 7 de proceso mediante el iman 20 externo no giratorio.
Despues de un movimiento giratorio adicional del segundo elemento 18 de soporte (vease Figura 8), la camara 7 de proceso se conecta a la cuarta camara 4A de deposito que contiene una primer cantidad del segundo agente de purificacion, que comprende por lo menos 50% etanol. Para purificacion adicional del ADN unido a las partfculas de sflice magneticas, el segundo agente de purificacion se mueve desde la cuarta camara 4A de deposito hasta la camara 7 de proceso. Las partfculas luego se resuspenden en el agente de purificacion por medio de un agitador 33 magnetico y el iman 20 permanente externo giratorio. Residuos indeseados de la preparacion de muestra y la primera etapa de purificacion se eliminan de este modo. Despues una purificacion suficiente de ADN unido a las
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pardculas de s^lice magneticas, el agente de purificacion junto con las impurezas se mueve de nuevo a la cuarta camara 4A de deposito, mientras que las partfculas de sflice magneticas con ADN unido se retienen en la camara 7 de proceso por medio del iman 20 externo no giratorio.
Despues de un movimiento giratorio adicional del segundo elemento 18 de soporte en una direccion contra horaria (vease figura 9), la camara 7 de proceso se conecta a la quinta camara 4B de deposito, que contiene una segunda cantidad del agente de purificacion (que comprende por lo menos 50% de etanol). Para una purificacion adicional de las partfculas de sflice se mueve el segundo agente de purificacion desde la camara 4B de deposito hasta la camara 7 de proceso. Luego las partfculas se resuspenden de nuevo en el agente de purificacion por medio del agitador 33 magnetico y el iman 20 permanente externo giratorio. Despues de purificacion suficiente del ADN unido a las partfculas de sflice magneticas, el agente de purificacion junto con las impurezas se mueve de nuevo a la quinta camara 4B de deposito, mientras que las partfculas de sflice y el ADN permanecen en la camara 7 de proceso, que se retienen por medio del iman 20 externo no giratorio.
Luego el primer y segundo elemento 17, 18 de soporte, se mueven giratoriamente en una direccion horaria para conectar la camara 7 de proceso a traves del canal 16 de ventilacion con la atmosfera (vease figura 10). Incorporado en el canal de ventilacion se encuentra un filtro (no mostrado) que evita cualquier escape de aerosoles. La camara 7 de proceso se caliente a una temperatura de aproximadamente 55 °C y se ventila durante un penodo de aproximadamente 5 minutos con aire. Por lo tanto, se eliminan residuos de alcohol del segundo agente purificador.
A traves de un movimiento giratorio adicional del primero y segundo elemento 17, 18 de soporte en una direccion contra horaria, la sexta camara 5 de deposito y la camara 11 de soporte se conectan a la camara 7 de proceso (vease figura 11). El regulador de elucion de la sexta camara 5 de deposito se bombea dentro de la camara 11 de elucion traves de la camara 7 de proceso, liberando por lo tanto el ADN de las partfculas de sflice magneticas. Este proceso tiene lugar a una temperatura de aproximadamente 55 °C y durante un penodo de aproximadamente 5 minutos. Despues de eso el regulador de elucion y el ADN se mueven de nuevo desde la camara 11 de elucion hasta la sexta camara 5 de deposito y las partfculas magneticas se retienen en la camara 7 de proceso mediante el iman 20 externo no giratorio.
El primer y segundo elementos 17,18 de soporte se giran luego en direccion horaria para conectar la sexta camara 5 de deposito con uno de los bucles 14 de medicion (vease figura 12). El regulador de elucion que contiene el ADN se bombea luego dentro de dicho bucle 14 de medicion hasta que se carga completamente.
Un movimiento giratorio adicional del segundo elemento 18 de soporte en una direccion horaria conecta una de las camaras 9 de deposito de mezcla maestra con el bucle 14 de medicion ahora cargado (vease figura 13). La camara 9 de deposito de mezcla maestra contiene un de mezcla maestra de sustancias para la amplificacion y deteccion de acidos nucleicos. Cada camara 9 contiene una mezcla maestra para una amplificacion espedfica y deteccion de acidos nucleicos de interes, por ejemplo, de una o mas especies bacterianas. De esta manera se pueden ejecutar simultaneamente diez reacciones independientes (incluyendo control interno) utilizando un cartucho. La mezcla maestra de la camara 9 de deposito de mezcla maestra junto con el regulador de elucion que contiene ADN se bombea a traves del bucle 14 de medicion dentro de una de las camaras 10 de reaccion de PCR. En la realizacion presentada, se utilizan reactivos lfquidos para el PCR, aunque otras formulaciones (encapsuladas, secadas por congelamiento, secadas al aire, etcetera) son igualmente adecuadas y se pueden preferir debido a su estabilidad prolongada, incluso a temperaturas elevadas (por ejemplo, durante almacenamiento o transporte del dispositivo de punto de cuidado) en este caso los volumenes de la sexta camara 5 de deposito y los bucles 14 de medicion puede necesitar ser ajustados con el fin asegurar una rehidratacion adecuada de reactivos.
El proceso como se describio en la figura 12 y 13 se repite hasta que todas las camaras 10 de reaccion de PCR (de las cuales se muestran solo dos en los dibujos) se cargan con las sustancias.
Como se muestra en la figura 14, el segundo 18 elemento de soporte gira luego en direccion horaria hasta que los conductos que conducen a las camaras 10 de reaccion de PCR en el tercer elemento 19 de soporte se desconectan de los conductos del segundo elemento 18 de soporte.
Para la amplificacion basada en secuencia de los acidos nucleicos, se pueden aplicar diversos metodos, por ejemplo, PCR, LCR (reaccion de cadena de ligasa), NASBA (amplificacion Basada en Secuencia de Acido Nucleico), TMA (Amplificacion Media por Transcripcion), HDA (amplificacion dependiente de Helicasa), etcetera.
En la realizacion presentada, se emplea un metodo PCR que permite una identificacion cuantitativa en tiempo real de agentes infecciosos en la muestra del paciente. Es posible una evaluacion optica y/o visual cuando el tercer elemento 19 de soporte, que comprende las camaras 10 de reaccion PCR, estan hechas por lo menos parcialmente de un polfmero transparente. Un perfil de temperatura adecuado para el proceso PCR se alcanza al deslizarse en diferentes zonas de temperatura, que se crean en la estacion base, a lo largo del dispositivo. Algunas caractensticas de diseno del dispositivo facilitan el ajuste rapido de temperatura dentro de las camaras 10 de reaccion PCR. Estas incluyen el uso de material de polfmero de baja capacidad termica para el dispositivo, alta conductividad termica de las paredes de las camaras de reaccion PCR que entran en contacto con los medios de calefaccion, asf como la
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forma plana y la alta relacion de superficie volumen de las camaras 10 de reaccion de PCR. Adicionalmente, los medios de calefaccion pueden contener por lo menos dos zonas de temperatura adicionales que se fijan a temperaturas, respectivamente, mayores y menores que las temperaturas proporcionadas en el protocolo de ciclo termico dado. Esto permite un acortamiento considerable de los tiempos de rampa durante el PCR y hace al sistema adecuado para llevar a cabo pruebas PCR cuantitativas rapidas.
La figura 15 muestra una estacion base para uso con el dispositivo de acuerdo con las figuras 1 a 14. La estacion base implementa todas las funciones que el dispositivo propiamente dicho no proporciona, que incluye:
- girar el primer elemento 17 y el segundo elemento 18 de soporte;
- mover el elemento 23 de rodillo para la manguera elastica;
- posicionar el iman 20 permanente externo;
- girar el iman 20 permanente externo;
- posicionar los bloques 30 de temperatura para calentar el proceso PCR;
- controlar la calefaccion de los bloques 30 de temperatura para las etapas de proceso PCR (hibridacion de cebador, alargamiento y desnaturalizacion);
- calentamiento controlado de la camara 6 de muestra (el calentador integrado en la placa 28 de cubierta) a 55 °C a 95 °C;
- proporcionar una fuente de luz para excitacion de fluorescencia;
- deteccion de fluorescencia con un fotodiodo (unidad 27 optica).
Para un movimiento circular del primer y segundo elemento 17, 18 de soporte, utiliza una caja 25 de velocidades accionada por un motor 26 electrico. Para conectar una caja 25 de velocidades y a los elementos 17, 18 de soporte, existen dos momentos de tres pasadores 31, 32 de portador fijados en la caja 25 de velocidades. Tres agujeros respectivos (no mostrados) en los elementos 17, 18 de soporte se ajustan en los pasadores 31, 32 de portador. Por lo tanto, el movimiento giratorio de la caja 25 de velocidades se transmite a los elementos 17, 18 de soporte.
En una rueda montada existe un montaje para el elemento 23 de rodillo de la bomba de la manguera, de tal manera que el elemento 23 de rodillo se movera en forma circular alrededor del eje central del dispositivo a lo largo de la manguera elastica.
Con el fin de girar el agitador 33 magnetico dentro de la camara 7 de proceso, la estacion base comprende un dispositivo de mezcla (vease figura 16). Dicho dispositivo de mezcla comprende un iman 20 permanente externo, que se acciona giratoriamente mediante un motor 21 electrico pequeno. El iman 20 permanente externo esta unido al eje del motor 21 electrico. El iman 20 permanente externo se une al eje del motor 21 electrico. La orientacion norte sur del iman 20 permanente externo esta en un nivel horizontal, mientras que el eje del motor 21 electrico es vertical. De esta manera el agitador 33 magnetico dentro de la camara 7 de proceso del primer elemento 17 de soporte sigue la orientacion del iman 20 permanente externo.
Para controlar la eficiencia de agitacion, la distancia entre el iman 20 externo y la camara 7 de proceso se puede cambiar a traves de un brazo 22 de elevacion movil (vease figura 15A). El motor 21 se monta sobre el brazo de elevacion. De esta manera la distancia y posicion del iman 20 permanente externo se puede controlar al mover el brazo de elevacion.
Por lo menos dos y actualmente tres bloques 30 de temperatura alternan durante el procesamiento por debajo de las camaras 10 de reaccion. Para esto, los bloques 30 de temperatura se montan secuencialmente sobre una placa 29 de deslizamiento. Un motor 24 electrico los puede mover con el fin de colocar un bloque de temperatura adecuado bajo las camaras 10 de reaccion PCR. Los controladores de temperatura aseguran que las temperaturas se mantengan en niveles constantes. Las zonas de temperatura consisten de bloques 30 calentadas con los elementos de calefaccion y temperatura controlados con los sensores de temperatura.
Se pueden aplicar metodos de calefaccion alternos. Por ejemplo, es posible calefaccion por medio de fluidos calientes o elementos “Peltier”.
El dispositivo se monta en la estacion base en una alineacion inclinada. Debido a la fuerza gravitacional, esto ayuda a evitar que la sustancia ingrese por ejemplo el proceso de la camara 7 para que salga inintencionalmente de la camara 7 de proceso e ingrese la bomba de manguera.
La figura 17 muestra una realizacion adicional de un dispositivo de acuerdo con la invencion. Este dispositivo comprende tres elementos de soporte que se pueden mover con respecto al otro. A diferencia de la primera realizacion mostrada en la figura 1 a figura 14, los tres elementos de soporte se pueden mover linealmente con respecto al otro. La disposicion de las camaras y los componentes funcionales adicionales son similares, pero no 5 identicos a la disposicion dentro del dispositivo de acuerdo con la primera realizacion. El primer elemento 117 de soporte comprende la camara de muestra y la camara de proceso. El segundo elemento 118 de soporte comprende diferentes camaras de deposito, asf como la camara de elucion de dos puertos 112 para una manguera elastica (no mostrada) como parte de un elemento de bomba. Incorporado en el tercer elemento 119 de soporte que tiene camaras de reaccion PCR y bucles de medicion. Los elementos de soporte se pueden hacer parcialmente o 10 completamente de un material transparente para permitir la visibilidad de las camaras y conductos como se muestra en la figura 17 para el segundo elemento 118. de soporte
Un elemento adicional de un dispositivo de acuerdo con la invencion se muestra en la figura 18 y figura 19. El dispositivo comprende tres elementos 217, 218, 219, de soporte anular, que se unen a una barra 220 de soporte en 15 una forma movil (que permite un movimiento giratorio, asf como un movimiento en la direccion longitudinal de la barra de soporte). Los tres elementos de soporte pueden girar adicionalmente con respecto al otro. Incorporado en la barra 220 de soporte se encuentra un dispositivo de calefaccion (no mostrado) que crea diferentes zonas T1 a T5 de temperatura. La disposicion de las diferentes camaras y componentes funcionales en el primer, segundo y tercer elemento 217, 218, 219 de soporte corresponde a la disposicion dentro del dispositivo de acuerdo con la figura 17.
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Claims (12)

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    Reivindicaciones
    1. Un dispositivo para analizar una muestra, dicho dispositivo comprende por lo menos una camara de deposito y por lo menos una camara (7) de proceso, mientras que la camara (7) de proceso se integra en por lo menos un primer elemento (17; 117; 217) de soporte y la camara de deposito se integra en por lo menos un segundo elemento (18; 118; 218) de soporte, mientras que los elementos de soporte se disponen de tal manera que la camara (7) de proceso se puede conectar con la camara de deposito mediante un movimiento relativo de la primera (17; 117; 217) y segundos elementos (18, 118; 218) de soporte con respecto al otro, dicho dispositivo adicional comprende conductos, que se integran en los elementos de soporte, y un elemento de bomba que se integra en uno de los elementos de soporte para trasferir las sustancias dentro del dispositivo desde una camara a la otra caracteriza porque dichos conductos y dicho elemento de bomba se proporcionan con el fin de formar un bucle de circuito de fluido cerrado con la camara de proceso y la camara de deposito, cuando se conectan las camaras.
  2. 2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el elemento de bomba comprende una manguera elastica.
  3. 3. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el movimiento relativo de los elementos de soporte es lineal, circular, arqueado o diagonal.
  4. 4. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer elemento (17) de soporte se forma como un elemento circular y el segundo elemento (18) de soporte se forma como un elemento anular, mientras que los elementos circulares y anulares se disponen concentricamente entre sf.
  5. 5. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un tercer elemento (19; 119; 219) de soporte se proporciona de tal manera que se puede mover con respecto al segundo elemento de soporte.
  6. 6. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado porque el tercer elemento de soporte se forma como un disco anular que se dispone concentricamente y puede girar con respecto al segundo elemento (18) de soporte.
  7. 7. El dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo es al menos parcialmente transparente para permitir la observacion visual y/o optica del analisis.
  8. 8. Un sistema que comprende:
    - un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes y
    - una estacion base, dicha estacion base, comprende por lo menos una unidad de bomba que actua sobre el elemento de bomba del dispositivo con el fin de crear una presion de bombeo.
  9. 9. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado porque el elemento de bomba comprende una manguera elastica y la unidad de bomba comprende un elemento (23) de rodillo, que se mueve a lo largo de la longitud de la manguera elastica, deformando por lo tanto localmente la manguera elastica.
  10. 10. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 8 o 9, caracterizada porque por lo menos una unidad para mover los elementos de soporte con respecto al otro y/o una unidad de evaluacion y control.
  11. 11. El sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque por lo menos unos medios de calefaccion, mientras que dichos medios de calefaccion generan diferentes zonas de temperatura, y el sistema comprende adicionalmente preferiblemente una unidad mediante la cual dichas zonas de temperatura se pueden mover con respecto al dispositivo.
  12. 12. Uso del dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 o del sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 11 en el campo de aplicaciones de punto de cuidado, en particular en el campo de analisis de acidos nucleicos.
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