ITMI20131541A1 - Dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip. - Google Patents

Dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip.

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ITMI20131541A1
ITMI20131541A1 IT001541A ITMI20131541A ITMI20131541A1 IT MI20131541 A1 ITMI20131541 A1 IT MI20131541A1 IT 001541 A IT001541 A IT 001541A IT MI20131541 A ITMI20131541 A IT MI20131541A IT MI20131541 A1 ITMI20131541 A1 IT MI20131541A1
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IT
Italy
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chamber
diagnosis device
electrophoresis
capillary
sample
Prior art date
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IT001541A
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English (en)
Inventor
Giacomo Germani
Eugenio Iannone
Maurizio Moroni
Original Assignee
Eugenio Iannone
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Publication date
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Description

“DISPOSITIVO DI DIAGNOSI, PARTICOLARMENTE DEL TIPO LAB-ON-CHIP”
D E S C R I Z I O N E
Il presente trovato ha come oggetto un dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip.
Attualmente, è possibile ritrovare dispositivi di diagnosi nei più svariati campi di interesse, andando per esempio dal campo industriale al campo alimentare, dal campo della diagnostica clinica al campo della ricerca biomedica, ed in particolare nei settori della immunologia, della farmacologia o della biochimica.
Tra tali dispositivi di diagnosi di tipo noto è possibile citare dispositivi commercialmente disponibili, quali gli analizzatori da banco commercializzati con i nomi "Reflutron Plus", o "VereMTBTM".
Tuttavia i dispositivi di diagnosi di tipo noto non sono scevri da inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che spesso risultano difficili e delicati da maneggiare.
Un altro inconveniente di tali dispositivi di tipo noto riguarda il fatto che le loro parti sensibili sono difficili da conservare mantenendone l'inalterabilità nel tempo.
Un inconveniente di tali dispositivi di diagnosi di tipo noto consiste nel fatto che il campione nativo, per esempio sangue, prelevato dal paziente, deve subire importanti trattamenti preliminari prima di poter essere introdotto nel dispositivo di diagnosi per essere analizzato. Tali trattamenti preliminari comportano contatti diretti del materiale da analizzare da parte di operatori addetti, con il rischio che il materiale da analizzare in tali dispositivi possa subire contaminazioni esterne, che richiedono quindi la ripetizione del test di diagnosi, con il conseguente aumento dei costi connessi.
Un ulteriore inconveniente di tali dispositivi di diagnosi di tipo noto consiste nel fatto che l'esecuzione della diagnosi è spesso lunga e laboriosa, in quanto essa richiede, una volta raccolto il materiale da analizzare, per esempio tramite prelievo di sangue, numerosi passaggi intermedi e manipolazioni esterne.
Compito precipuo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare un dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip che ovvi agli inconvenienti e superi i limiti della tecnica nota garantendo una maggiore e migliore maneggevolezza di utilizzo, nonché una più duratura conservabilità delle sue parti sensibili e/o deteriorabili.
Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di diagnosi che garantisca la conservabilità e l'inalterabilità del campione e della soluzione reagente di riferimento.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un dispositivo di diagnosi che possa fornire procedure diagnostiche altamente accurate e ripetibili, nonché di veloce esecuzione.
Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un dispositivo di diagnosi che richieda una minima manipolazione da parte dell'operatore, minimizzando così anche i rischi di contaminazione ed errore umano.
Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un dispositivo di diagnosi che sia in grado di dare le più ampie garanzie di affidabilità e sicurezza nell'uso.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un dispositivo che sia estremamente versatile rispetto ai dispositivi di tipo noto che spesso sono specifici per determinati target.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un dispositivo di diagnosi che sia facile da realizzare ed economicamente competitivo se paragonato alla tecnica nota.
Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip, caratterizzato dal fatto di comprendere:
- una stazione di inserimento di un campione nativo di un fluido da testare;
- una camera di stabilizzazione di detto campione nativo, in comunicazione diretta con detta stazione di inserimento;
- una stazione di separazione di detto campione nativo, in comunicazione capillare con detta camera di stabilizzazione;
- una camera di elettroforesi, in comunicazione capillare con detta stazione di separazione;
- una camera di reazione,
- almeno una coppia di elettrodi disposti a monte e a valle di detta camera di elettroforesi, il campo elettrico generato da detta coppia di elettrodi spingendo detto campione da detta camera di elettroforesi a detta camera di reazione, in detta camera di elettroforesi avvenendo un'elettroforesi separativa;
detta stazione di inserimento, detta camera di stabilizzazione, detta stazione di separazione, detta camera di elettroforesi e detta camera di reazione essendo definite in un unico chip e comprendendo superfici di contenimento inerti, detto dispositivo di diagnosi comprendendo una camera per soluzione di bianco, atta a contenere una soluzione di bianco, detta camera per soluzione di bianco essendo in comunicazione con detta camera di reazione tramite una prima valvola.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip, illustrata a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli allegati disegni in cui:
la figura 1 è una rappresentazione schematica di una forma di realizzazione di un dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip, secondo il trovato;
la figura 2 è una vista in sezione laterale di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare la camera di stabilizzazione;
la figura 3 è una vista prospettica, sezionata, di una prima variante della camera si stabilizzazione illustrata in figura 2, dotata anche di camera di troppo-pieno;
la figura 4 è una vista in sezione laterale di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare la stazione di inserimento;
la figura 5 è una vista in sezione laterale di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare una variante della stazione di inserimento illustrata in figura 5;
la figura 6 è una vista in sezione laterale di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare la camera di scarico; la figura 7 è una vista dall'alto di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare un condotto capillare della stazione di separazione;
la figura 8 è una vista in sezione laterale della parte di dispositivo di diagnosi illustrata in figura 7;
la figura 9 è una vista dall'alto di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare una forma di realizzazione della camera di reazione;
la figura 10 è una vista in sezione laterale di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare la camera di elettroforesi e il condotto capillare che la collega con la camera di reazione;
la figura 11 è una vista dall'alto di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare una prima variante dell'interfaccia tra la stazione di separazione e la camera di elettroforesi;
la figura 12 è una vista in sezione laterale della porzione di interfaccia rappresentata in figura 11 effettuata secondo l'asse XIV-XIV;
la figura 13 è una vista dall'alto di una parte del dispositivo di diagnosi di figura 1, illustrante in particolare una seconda variante dell'interfaccia tra la stazione di separazione e la camera di elettroforesi.
la figura 14 è una vista dall'alto di una porzione di una variante del dispositivo di diagnosi di figura 1.
Con riferimento alle figure citate, il dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip, è indicato globalmente con il numero di riferimento 1.
Secondo il trovato, il dispositivo di diagnosi 1 comprende:
- una stazione di inserimento 2 di un campione nativo di un fluido da testare;
- una camera di stabilizzazione 3 del campione nativo, in comunicazione diretta con la stazione di inserimento 2;
- una stazione di separazione 4 del campione nativo, in comunicazione capillare con la camera di stabilizzazione 3;
- una camera di elettroforesi 5, in comunicazione capillare con la stazione di separazione 4;
- una camera di reazione 6;
- almeno una coppia di elettrodi 58, 59 disposti a monte e a valle della camera di elettroforesi 5, il cui campo elettrico spinge il campione dalla camera di elettroforesi 5 alla camera di reazione 6. In tale camera di elettroforesi 5 avviene l'elettroforesi separativa del target.
Secondo il trovato, inoltre, la stazione di inserimento 2, la camera di stabilizzazione 3, la stazione di separazione 4, la camera di elettroforesi 5 e la camera di reazione 6 sono definite in un unico chip 10 e presentano superfici di contenimento inerti, ossia superfici chimicamente e/o fisicamente non-attivate, ossia superfici che non hanno subito particolari lavorazioni finalizzate a renderle chimicamente e/o fisicamente reattive.
Secondo il trovato, il campione di fluido da testare è un campione nativo, ossia un campione di fluido che è stato prelevato dal paziente e che non ha subito trattamenti preliminari prima di essere inserito nella stazione di inserimento 2 del dispositivo di diagnosi 1.
Secondo il trovato, inoltre, nel dispositivo di diagnosi 1 è compresa una camera per soluzione di bianco 8, atta a contenere una soluzione di bianco, per l'esecuzione di test paralleli in bianco, in modo da verificare il corretto funzionamento del sistema di test e delle soluzioni coinvolte, ossia per valutare in tempo reale la effettiva funzionalità e attività del reattivo presente nella soluzione reagente di rilevazione. Il test in bianco è infatti realizzato duplicando la camera di reazione 6 e sostituendo la soluzione del campione da analizzare con un opportuno bianco. La camera per soluzione di bianco 8 è infatti in comunicazione con la camera di reazione 6 tramite una prima valvola 80.
La camera per soluzione di bianco 8 è vantaggiosamente disposta nel chip 10 in una zona distanziata dalla camera di reazione 6.
Il dispositivo di diagnosi 1 è particolarmente adatto per la rilevazione di target di interesse biomedico, quali proteine di vario tipo, in fluidi fisiologici, quali sangue, urina, saliva, tramite test di tipo immunologico o rilevazione diretta. Vantaggiosamente il dispositivo di diagnosi 1 è atto anche ad essere applicato nel settore dell'industria alimentare, dove liquidi come latte e vino possono essere analizzati per determinarne qualità, sofisticazione e presenza di eventuali nocivi. Ancora, vantaggiosamente il dispositivo di diagnosi 1 è atto anche ad essere applicato nel settore veterinario e stabularistico dove fluidi di natura animale possono essere analizzati allo scopo di diagnosi, monitoraggio dello sviluppo di patologie e andamento delle cure.
Vantaggiosamente, oltre alla coppia di elettrodi 58, 59 disposti a monte e a valle della camera di elettroforesi 5, e definenti un campo elettrico che spinge il campione dalla camera di elettroforesi 5 alla camera di reazione 6, è presente una seconda coppia di elettrodi 56, 57, atti a generare un campo elettrico ortogonale al campo elettrico generato dagli elettrodi 58, 59, consentendo di ottenere una elettroforesi bidimensionale. Tale soluzione di elettroforesi bidimensionale si rende particolarmente utile nel caso di campioni complessi, ricchi di impurità, oppure per target che viaggiano accompagnati da molecole similari e che quindi non sarebbero efficacemente separabili avvalendosi di una normale elettroforesi monodimensionale.
In figura 2 è illustrata in particolare la porzione del chip 10 dove è realizzata la camera di stabilizzazione 3. Tale camera di stabilizzazione 3 è realizzata con specifiche ottimizzate per il miscelamento del campione da testare con una soluzione di stabilizzazione, in modo da prepararlo per i successivi processi. La soluzione di stabilizzazione contiene vantaggiosamente tutte le componenti necessarie per evitare effetti collaterali che renderebbero impossibile il test, quali per esempio aberrazioni di pH, coagulazione del sangue, o precipitazioni indesiderate. La stabilizzazione del campione da testare si rende particolarmente necessaria per campioni che possono andare incontro, nel breve periodo, a modifiche biochimiche che li renderebbero non più analizzabili o che porterebbero alla degradazione del target ricercato. Per esempio, nel caso del sangue, si deve prevenire la coagulazione o i falsi generati da cationi bivalenti, e pertanto la soluzione di stabilizzazione dovrà contenere sia anticoagulanti che opportuni chelanti. Il tipo di soluzione di stabilizzazione è quindi strettamente legato alla natura del campione da analizzare e al target ricercato.
La quantità di campione da testare è generalmente dell'ordine di un microlitro, e la soluzione di stabilizzazione è atta a diluire il campione per valori intorno al 50%.
Le dimensioni della camera di stabilizzazione 3 sono vantaggiosamente di 1 mm x 1 mm x 0,2 mm. Dato che la soluzione di stabilizzazione è aggiunta direttamente nella camera di stabilizzazione 3, onde evitarne la fuoriuscita durante la manipolazione o lo stoccaggio del chip 10, la camera di stabilizzazione 3 è vantaggiosamente chiudibile, per esempio con uno strato di materiale adesivo removibile.
La stazione di separazione 4 comprende vantaggiosamente un condotto capillare principale 30 e almeno un condotto capillare laterale 40 che si dirama dal condotto capillare principale 30. La luce del condotto capillare laterale 40 ha una sezione sostanzialmente inferiore alla sezione della luce del condotto capillare principale 30. In tal modo, il campione, passando per effetto capillare tra il condotto capillare principale 30, e i condotti capillari laterali 40, 400, 401, 402, si separa da accompagnatori indesiderati di dimensioni maggiori, realizzando in tal modo una prima filtrazione per separazione.
La separazione che avviene nella stazione di separazione 4 si basa sulla dipendenza del coefficiente di diffusione dalla massa molecolare in modo da ottimizzare la molarità del target cercato nella soluzione finale.
La camera di stabilizzazione 3 è vantaggiosamente connessa tramite il condotto capillare principale 30 alla camera di scarico 9, come illustrato in figura 6.
La camera di stabilizzazione 3 è vantaggiosamente separata da tale condotto capillare principale 30 tramite una valvola d'apertura 31.
La camera di scarico 9 è atta a raccogliere la parte di scarto del campione, filtrata dalla stazione di separazione 4, che pertanto non prosegue il percorso verso la camera di elettroforesi 5. Tale parte di scarto comprende cellule, e altri materiali non filtrati, nonché l'aria compressa dal caricamento del campione nella camera di stabilizzazione 3, che ha infatti una possibilità di sfogo, attraverso il condotto capillare principale 30, nella camera di scarico 9 stessa, la quale aria non avrebbe infatti altre vie di uscita nel chip 10. Infatti la camera di scarico 9 è realizzata in modo tale da mantenere la corretta interfaccia aria/fluido nel condotto capillare principale 30 garantendo così il movimento per capillarità dello stesso. Vantaggiosamente, il volume della camera di scarico 9 è almeno doppio della somma dei volumi della camera di stabilizzazione 3 e del condotto capillare principale 30, proprio per mantenere il flusso capillare a pressione costante, man mano che il volume di campione decresce in livello nella camera di stabilizzazione 3. Per questo motivo, come illustrato in figura 3, il condotto capillare principale 30 risulta sfociare nella camera di scarico 9 nella sua parte superiore. La camera di scarico 9 presenta vantaggiosamente dimensioni nell'ordine di 1 mm x 1,5 mm x 0,2 mm, risultando sufficientemente ampia da evitare ostruzioni riconducibili alla deposizione di cellule sulle pareti della stessa.
Vantaggiosamente, il condotto capillare laterale 40, che si sviluppa longitudinalmente, comprende almeno una porzione longitudinale 41 avente una sezione trasversale di area maggiore rispetto alla sezione trasversale della restante porzione longitudinale del condotto capillare laterale 40, in modo che la porzione longitudinale 41, a sezione trasversale di area maggiore, definisca un primo volume di espansione 42.
Preferibilmente sono presenti una pluralità di primi condotti capillari 40, 400, 401, 402, tutti vantaggiosamente presentanti un volume di espansione. Attraverso tali condotti capillari l'aria è compressa tra il fluido che avanza per capillarità ed il gel presente nella camera di elettroforesi 5. Per consentire la penetrazione del campione nel gel è necessario evitare che rimanga un'interfaccia gassosa tra gel e campione, mantenendo invece un'interfaccia liquida per incentivare l'effetto di diffusione nel gel. Il primo volume di espansione 42 è atto ad accomodare l'aria che viene spinta dal campione nel passaggio attraverso il condotto capillare laterale 40.
Vantaggiosamente, tra la camera di elettroforesi 5 e la camera di reazione 6 è compreso un secondo condotto capillare 50 a sviluppo longitudinale, che comprende almeno una porzione longitudinale 51 avente una sezione trasversale di area maggiore rispetto alla sezione trasversale della restante porzione longitudinale del secondo condotto capillare 50, in modo che la porzione longitudinale 51, a sezione trasversale di area maggiore, definisca un secondo volume di espansione 52.
Tale secondo volume di espansione è vantaggiosamente riempito con una soluzione salina avente un valore di pH utile a mantenere il target ormai purificato da scomodi accompagnatori in soluzione ed alla concentrazione corretta per la successiva fase di rilevazione. La fuoriuscita del target dalla camera di elettroforesi 5, ed il suo conseguente ingresso nel secondo volume di espansione 52 riempito con soluzione salina, è ottenuta dall'applicazione di un campo elettrico ortogonale al campo elettrico di elettroforesi separativa. Tale campo elettrico è realizzato dalla coppia di elettrodi 58, 59 disposti a monte e a valle della camera di elettroforesi 5. In particolare, nelle figure 1 e 10 si illustra un primo elettrodo 58 collocato a monte della camera di elettroforesi 5, ed un secondo elettrodo 59 collocato nel secondo condotto capillare 50 a monte della camera di elettroforesi 5, ed in particolare a monte del secondo volume di espansione 52 contenente la soluzione salina. L'attivazione di tale coppia di elettrodi 58, 59 comporta l'espulsione del target dalla camera di elettroforesi 5 verso la camera di reazione 6.
L'esistenza del secondo condotto capillare 50 tra la camera di elettroforesi 5 e la camera di reazione 6 ha il doppio ruolo di selezionare il target rispetto alle possibili altre aprendo il minimo spazio necessario alla cattura dell'opportuna linea elettroforetica, e al contempo di consentire il posizionamento di una valvola di chiusura 55, atta a separare la camera di reazione 6 dalla camera di elettroforesi 5.
Vantaggiosamente la coppia di elettrodi 58, 59 può essere disposta secondo configurazioni alternative, purché essi risultino essere disposti a monte e a valle della camera di elettroforesi 5. In particolare, il secondo elettrodo 59 può essere collocato direttamente a ridosso, per esempio, della valvola di chiusura 55 della camera di reazione 6, oppure all'interno della camera di reazione 6 stessa. In figura 1 è indicata, con linea tratteggiata, la posizione 59a dell'elettrodo collocato all'interno della camera di reazione stessa anziché a ridosso della valvola di chiusura 55. Nel caso di elettrodo 59 disposto a ridosso della valvola di chiusura 55, e quindi a monte della camera di reazione 6, tale elettrodo 59 è previsto essere opportunamente traforato o dentellato per consentire il passaggio del fluido proteico all'apertura della valvola di chiusura 55.
La camera di reazione 6 può vantaggiosamente comprendere una prima camera 60 atta ad accogliere la soluzione da testare, e una seconda camera 61, atta a contenere una soluzione reagente. La prima camera 60 e la seconda camera 61 sono separate da una seconda valvola 62.
Secondo una forma di realizzazione preferita della camera di reazione 6, illustrata in figura 9, la camera di reazione 6 stessa include sia le strutture necessarie per il test di rilevazione sia quelle per il test in bianco. In particolare, la camera di reazione 6 comprende direttamente la camera per soluzione di bianco 8; la camera di reazione 6 comprende una terza valvola 63 atta a separare la seconda camera 61 in due sotto-camere 64, 65, laddove la prima sotto-camera 64 è in comunicazione con la prima camera 60 tramite la seconda valvola 62, e la seconda sotto-camera 65 è in comunicazione con la camera per soluzione di bianco 8 tramite la prima valvola 80.
Vantaggiosamente, il dispositivo di diagnosi 1, comprende una camera di troppo-pieno 20 atta a raccogliere il campione in eccesso fuoriuscente dalla camera di stabilizzazione 3, come illustrato in figura 3. L'esistenza di una camera di troppopieno 20 è particolarmente utile quando il campione da analizzare è legato a patologie infettive e/o ad attività chimicamente pericolose.
Inoltre, nel dispositivo di diagnosi 1, la stazione di inserimento 2 comprende vantaggiosamente un elemento a imbuto 21, illustrato nelle figure 3 e 4. Tale elemento a imbuto 21 può essere vantaggiosamente realizzato in opportuno materiale polimerico, quale per esempio del tipo PMDS o SU8, tramite tecniche di micromolding o hot-embossing, e può essere fissato in opportuni punti di fissaggio 210, 211, tramite tecniche di laser-welding.
In figura 5 è illustrata una forma realizzativa alternativa della stazione di inserimento 2, nella quale si prevede l'utilizzo di un tubo capillare 23, fissato tramite una guarnizione 24, del tipo O-ring, ad una struttura di copertura 25 del chip 10, ad esso opportunamente connessa tramite appositi distanziatori 26, ricavati da uno strato 27 di materiale vetroso.
Il dispositivo di diagnosi 1 comprende varie valvole 31, 55, 62, 63, 80.
Le figure 11 e 12 illustrano una prima variante dell'interfaccia tra la stazione di filtrazione 4 e la camera di elettroforesi 5. I primi condotti 40, 400, 401, 402 convogliano il campione in un pozzo collettore 500, a forma di imbuto. In questo modo il campione filtrato può muoversi come una massa unica all'interno del gel della camera di elettroforesi 5, per effetto dei campi elettrici generati dagli elettrodi 56, 57, 58, 59. Inoltre, l'elettrodo 56 può essere definito da una pluralità di elettrodi più piccoli 56a, collegati tra loro, e disposti in corrispondenza di ciascuno dei primi condotti 40, 400, 402, 402.
Secondo una seconda variante dell'interfaccia tra la stazione di filtrazione 4 e la camera di elettroforesi 5, illustrata in figura 13, tra il pozzo collettore 500 e la camera di elettroforesi 5 è interposta un'ulteriore valvola di chiusura 501. Tale valvola di chiusura 501 è atta ad essere aperta quando si attivano i campi elettrici per eseguire l'elettroforesi. La presenza di tale valvola di chiusura 501 è particolarmente utile nel caso di gel elettroforetici a bassa capacità ritensiva, che tendono a disidratarsi a contatto prolungato con aria, quindi deteriorando la funzionalità del dispositivo di diagnosi 1.
Tutte le strutture di camere e di condotti capillari sono realizzate in un unico chip 10 tramite tecniche di litografia elettronica. Il chip 10 può essere realizzato a partire da uno o più wafer 100, 101 sovrapposti. Camere e condotti possono essere vantaggiosamente ricavati nel materiale semiconduttore del chip 10 tramite "vertical etching", o altre tecniche note nel settore.
Vantaggiosamente, inoltre, uno o più dei condotti capillari presenti nel dispositivo di diagnosi 1 possono essere dotati di pompe 33 atte a favorire il flusso del fluido all’interno dei condotti, quali, per esempio, pompe capillari. A titolo esemplificativo, nelle unite figure sono illustrate schematicamente la pompa capillare 33, disposta in corrispondenza del condotto capillare principale 30, in prossimità della camera di scarico 9, e la pompa capillare 53, disposta in corrispondenza del secondo condotto capillare 50, in prossimità della camera di reazione 6.
In particolare, in figura 14 è illustrata una variante del dispositivo 1, che impiega le pompe capillari 33 e 53, adatte nel caso di fluidi che abbiano problemi circolatori per capillarità semplice. Ulteriori pompe di tipo noto possono essere impiegate per garantire la circolazione di fluidi particolarmente ostici. La camera di elettroforesi 5 può comprendere due ulteriori elettrodi 560 e 570, vantaggiosamente disposti in asse con il secondo condotto capillare 50. Vantaggiosamente il secondo condotto capillare 50, sostanzialmente in corrispondenza della collocazione dell’elettrodo 570 può presentare, in sezione, una configurazione a gradino. Tale configurazione a gradino è illustrata in sezione, a titolo esemplificativo, nel riquadro 571 di figura 14.
Il funzionamento del dispositivo di diagnosi 1, particolarmente per lab-on-chip, è chiaro ed evidente da quanto descritto.
Il procedimento di rilevazione di un target in un campione nativo di un fluido da testare è di seguito brevemente riassunto:
Innanzitutto il campione nativo di fluido è immesso direttamente nella stazione di inserimento 2, e raggiunge la camera di stabilizzazione 3, dove viene stabilizzato per evitare possibili effetti di deterioramento e per ottimizzare il livello di pH. Attraverso la stazione di separazione 4 il campione viene filtrato da corpuscoli e chimici potenzialmente fastidiosi, quali cellule e lipidi.
Nel passaggio attraverso la camera di elettroforesi 5 la soluzione con il target viene separata per elettroforesi e purificata, in modo che il target possa raggiungere la camera di reazione 6. Nella camera di reazione 6 il saggio di rilevazione è ottenuto attraverso interazione con una opportuna soluzione reagente di rilevazione, per esempio, nel caso specifico di una proteina target, un anticorpo specifico, oppure con altre soluzioni reagenti per la rilevazione di target non proteici quali, per esempio, mRNA, DNA, molecole ioniche e simili.
In particolare, nell'ottica di una stabilizzazione del dispositivo di diagnosi 1 per uno stoccaggio dello stesso a lungo termine, è impiegato un saggio dinamico, in quanto la camera di reazione 6 è suddivisa dalla valvola 62 in almeno due camere, la prima camera 60 contenente la soluzione da testare, la seconda camera 61 contente la soluzione di riferimento. Infatti solamente quando la soluzione da testare riempie completamente la prima camera 60, la valvola 62 si apre per consentire alla soluzione da testare di miscelarsi con la soluzione di riferimento e dando quindi luogo alla reazione da monitorare. Per la rilevazione di tale reazione sono previsti, a seconda delle caratteristiche del target da analizzare, due tipi di rilevazione noti, ossia la rilevazione calorimetrica o la rilevazione interferometrica.
Alla fase di rilevazione segue generalmente la fase di test in bianco.
La pressione capillare è il motore che consente il movimento del campione nel circuito, purché l'aria contenuta nel circuito stesso abbia modo di comprimersi ed espandersi opportunamente onde impedire che la pressione capillare non sia sufficiente a consentire il movimento del campione.
Si è in pratica constatato come il dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip, secondo il presente trovato, assolva il compito nonché gli scopi prefissati in quanto garantisce una maggiore e migliore maneggevolezza.
In particolare, il dispositivo di diagnosi, secondo il trovato, consente di analizzare direttamente il campione nativo prelevato senza bisogno di trattamenti preliminari, dato che tutte le operazioni necessarie alla rilevazione del target, dalla stabilizzazione alla purificazione, avvengono direttamente nel dispositivo stesso, realizzato in un unico chip.
Inoltre, il dispositivo di diagnosi secondo il trovato non richiede nessuna attivazione particolare delle superfici attraverso cui passa il campione. Non occorrono infatti, in fase costruttiva, di assemblaggio o d’uso, lavorazioni particolari delle stesse per renderle recettive alle varie operazioni.
In aggiunta a ciò, il dispositivo di diagnosi secondo il trovato può anche facilmente includere una camera di bianco. Infatti il test in bianco, cioè su reagenti e reattivi quantitativamente e qualitativamente noti, è indispensabile in qualunque rilevazione biologica sperimentale, onde evitare che la deteriorazione dei reagenti di rilevazione o la staratura del sistema di rilevamento portino a falsi potenzialmente pericolosi. Il fatto che tale test possa essere eseguito automaticamente in parallelo alla lettura sul campione analizzato nel chip stesso garantisce l'omogeneità dei risultati, un risparmio di tempo e una maggiore attendibilità della misura.
Un altro vantaggio del dispositivo di diagnosi, secondo il trovato, consiste nel fatto di garantire la conservabilità e l'inalterabilità del campione e della soluzione reagente di riferimento.
Un ulteriore vantaggio del dispositivo di diagnosi, secondo il trovato, consiste nel fatto di non richiedere il fissaggio del target e dei reagenti di rilevazione, in quanto l'isolamento tra le sezioni che definiscono il dispositivo è realizzato direttamente dal gel elettroforetico contenuto nella camera di elettroforesi.
Un altro vantaggio del dispositivo di diagnosi, secondo il trovato, riguarda il fatto di consentire una caricamento diretto nel chip del campione da analizzare, garantendo quindi una maggior accuratezza nella raccolta dei dati e una maggior riproducibilità dei risultati.
Un ulteriore vantaggio del dispositivo di diagnosi, secondo il trovato, consiste nel fatto di richiedere una limitata manipolazione da parte del personale tecnico addetto, riducendo quindi i tempi di utilizzo e limitando i rischi di contaminazione del campione da parte di agenti esterni.
Un altro vantaggio del dispositivo di diagnosi, secondo il trovato, riguarda il fatto di poter trovare facile applicazione non sono nel settore clinico, ma anche nel settore della ricerca biologica, biochimica, farmacologica e immunologica, nonché nel settore industriale, per esempio nel settore alimentare.
Il dispositivo di diagnosi, particolarmente del tipo lab-on-chip, così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (10)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Dispositivo di diagnosi (1), particolarmente del tipo lab-on-chip, caratterizzato dal fatto di comprendere: - una stazione di inserimento (2) di un campione nativo di un fluido da testare; - una camera di stabilizzazione (3) di detto campione nativo, in comunicazione diretta con detta stazione di inserimento (2); - una stazione di separazione (4) di detto campione nativo, in comunicazione capillare con detta camera di stabilizzazione (3); - una camera di elettroforesi (5), in comunicazione capillare con detta stazione di separazione (4); - una camera di reazione (6); - almeno una coppia di elettrodi (58, 59) disposti a monte e a valle di detta camera di elettroforesi (5), il campo elettrico generato da detta coppia di elettrodi spingendo detto campione da detta camera di elettroforesi (5) a detta camera di reazione (6), in detta camera di elettroforesi (5) avvenendo un'elettroforesi separativa; detta stazione di inserimento (2), detta camera di stabilizzazione (3), detta stazione di separazione (4), detta camera di elettroforesi (5) e detta camera di reazione (6) essendo definite in un unico chip (10), e comprendendo superfici di contenimento inerti, detto dispositivo di diagnosi (1) comprendendo una camera per soluzione di bianco (8), atta a contenere una soluzione di bianco, detta camera per soluzione di bianco (8) essendo in comunicazione con detta camera di reazione (6) tramite una prima valvola (80).
  2. 2. Dispositivo di diagnosi (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta stazione di separazione (4) comprende un condotto capillare principale (30) e almeno un condotto capillare laterale (40) che si dirama da detto condotto capillare principale (30), la luce di detto condotto capillare laterale (40) avendo una sezione sostanzialmente inferiore alla sezione della luce di detto condotto capillare principale
  3. 3. Dispositivo di diagnosi (1), secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto almeno un condotto capillare laterale (40) comprende almeno una porzione longitudinale (41) avente una sezione trasversale di area maggiore rispetto alla sezione trasversale della restante porzione longitudinale di detto condotto capillare laterale (40), detta porzione longitudinale (41) a sezione trasversale di area maggiore definendo un primo volume di espansione (42).
  4. 4. Dispositivo di diagnosi (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere tra detta camera di elettroforesi (5) e detta camera di reazione (6) un secondo condotto capillare (50) a sviluppo longitudinale, detto secondo condotto capillare (50) comprendendo almeno una porzione longitudinale (51) avente una sezione trasversale di area maggiore rispetto alla sezione trasversale della restante porzione longitudinale di detto secondo condotto capillare (50), detta porzione longitudinale (51) a sezione trasversale di area maggiore definendo un secondo volume di espansione (52).
  5. 5. Dispositivo di diagnosi (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta camera di reazione (6) comprende una prima camera (60) atta a contenere la soluzione da testare, e una seconda camera (61), atta a contenere una soluzione reagente, detta prima camera (60) e detta seconda camera (61) essendo separate da una seconda valvola (62).
  6. 6. Dispositivo di diagnosi (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto detta camera di reazione (6) comprende detta camera per soluzione di bianco (8), detta camera di reazione (6) comprendendo una terza valvola (63) atta a separare detta seconda camera (61) in due sotto-camere (64, 65), la prima sottocamera (64) essendo in comunicazione con detta prima camera (60) tramite detta seconda valvola (62), la seconda sotto-camera (65) essendo in comunicazione con detta camera per soluzione di bianco (8) tramite detta prima valvola (80).
  7. 7. Dispositivo di diagnosi (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una camera di scarico (9), in comunicazione capillare con detta camera di stabilizzazione (3), atta a raccogliere lo scarto filtrato da detta stazione di separazione (4).
  8. 8. Dispositivo di diagnosi (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una camera di troppo-pieno (20) atta a raccogliere il campione in eccesso fuoriuscente da detta camera di stabilizzazione (3).
  9. 9. Dispositivo di diagnosi (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta stazione di inserimento (2) comprende un elemento a imbuto (21).
  10. 10. Dispositivo di diagnosi (1), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che uno di detti elettrodi (58, 59) è posizionato internamente a detta camera di reazione (6).
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