BR112014019298A2

BR112014019298A2 - Método e aparelho para análise rápida, de alta sensibilidade, de amostras de baixo volume de materiais biológicos

Info

Publication number: BR112014019298A2
Application number: BR112014019298-7A
Authority: BR
Inventors: Paul Howard Wagner; Adnanul Haq; Richard Jerome Schoeneck
Original assignee: Douglas Scientific
Priority date: 2012-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2021-01-19
Also published as: US20150031570A1; WO2013116839A1; EP2809768A1; CN104126002A; CA2863506A1; AU2013214749A1; EP2809768A4; AU2013214749B2

Abstract

método e aparelho para análise rápida, de alta sensibilidade, de amostras de baixo volume de materiais biológicos. é descrito um sistema de processamento de amostras biológicas com rendimento elevado, incluindo um suporte de amostra tendo uma pluralidade de compartimentos, que avança através do sistema de processamento de amostras biológicas de alto rendimento. o sistema inclui ainda um módulo de distribuição de amostra, um módulo de distribuição de reagentes, um módulo de acumulação / incubação, e um módulo de detecção. o módulo de detecção utiliza um dispositivo de medição óptica para encapsular uma amostra biológica em um compartimento dentre uma pluralidade de compartimentos do suporte com a amostra, e detecta a energia da composição química da amostra biológica para determinar a quantidade de um analito na amostra biológica.

Description

Ii'lz Método e aparelho para análise rápida, de alta sensibilÍdad% de amostras de baixo volume de materiais biológicos

[001] ANTECEDENTES DA INVENÇÃO j002] A presen'e invenção refere-se à análise de amQstras de material bidógico de alto rendimento, e especificamente à utüização de um dispositivo de meáçàj óptica anidóliea para.detectar emissões de amostras biQ|ógicas ou químicas,

[003] Os avanços na indústria de bioáência têm criado uma demanda por sistemas de detecção e processamento de amostras bidógicas de alto rendimenta Por exemplo, a patente U.S. N° 6.632,653, de Astle, descre've um métoclo de alto rendimento para a execução de ensaios bidógicos utilizando uma fita de suporte. Atualmente, tais sistemas requerem voIumes químicos relativamente elevados, devido à fàR de sensibihdade da instrumentação de detecçâo. Além disso, apesar dos sÍstemas atuais serem capaz de lidar com um grande número de amostms, tais s1sÈemas demoram um longo tempo para processar essas amostras. A çombinação de tempo de processamento das amostras demorado mais falta de sensibilidade Íeva a um custo de processamento indesejavelmente alto para cada amostra analisada. A redução de custos requer maiw sensibilidade dQs sistemas de detecção e a capacidade de usàr um únfco sistema de detecção para medir as emissões' de amostras que apresentam padrões de irradiação nã0-ljnifijrmes, que variam de amostra para amoswa, [Ô04] SUMÁRIO

[005] Um sistema de proeessamento cle amstras biol@Nas wm rendiméntn elevadQ inclui um supQrte de amostras com uma pluralidade de mmpartimentns que prQgndem através do sistema de prQce5samento da amostras biológícas de alta rendimenta O sistema inclui ainda um módulo de distribuiçãa de amostra, um módulo de distribuição de reagente, um módulo de acumulação / incubação, e um módLl|Q de detecção. O módub de cietecção utiliza um dispositivo de medlção óptica para encapsular utna amostra bialógica em um dos compartimentos da p|ura|idade de compartimentos Clo suporte de amostras, e detectar a energia da composição qulmica da amostra bioiógica p-ara determinar a quantidade de um analito na amostra biológica.

2/L2

[006] Um aparelhõ para a detEcçãQ de um analito em uma amostra biológica, em um suporte de amostra com cnmpartimentos, indui um ccínjunta óptico süperior tendo um disposltivo de medição óptica e um conjunto óptico inferlor para receber c) suporte de amostra. O dispositivo de medição óptica encapsula uma amstra bidógica de um dos compartimentos do suporte de amostra e deteW a energia de uma composíção químjEa da amostra biológica, para determinar a quantidade do analito na amostra bidógica.

[007] Um método de detecção da quantidade de um analito em uma amostra biológica, em um suporte de amostra com cQmpartjmento5, inclui alimentar o suporte de amostra em um aparelho de detecção que incWi um dispositivo de medição óptica. Os dispQsitivos de medição óptica incluem um conjUnto Óptlco superbr tendo um elemento projetante, e um conjunto Óptlco inferíor para receber o suporte de amostra. O método inclul ainda prender o conjunto Óptico inferior ao conjwito óptico superior paía encapsular uma amQstra bidóglca eni um dos compartimentos do suporte de amostra, e a detecção da eriergia de uma composição química da amostra biológica para determinar a quantidade de analito na amostra biológica.

[008] BREVE DESCRIÇÂO DOS DESENHOS

[009] A figura 1 é uma vista frontal do sistema de rendimento elevado do preserite Ínvento;

[010] A figura 2 é uma vista em perspectiva dct meio contínuo do sistema de rendimento devâdo do presente Ínvento;

[011] A figura 3 é uma vista em corte transversal do módulo de detecção do sistema de rendÍmento elevado do presente inventn;

[012] A figura 4 é uma vista frontal do módulo de acumulação / incubação do sistema de rendimento elevado do presente invento.

[013] DESCRIÇÃO DETALHADA

[014] C) sistema de alto endimento d'a presente invençãu inclui manuseio de fluidos, processamento e digita|ização anidólica de amstras de materiais biológicos. O sistema de alto rendimento analisa o material bidóglco em uma solução, para determinar a quanúdade. de analitos visados. O sistema de rendimento elevado executa a amostragem em linha, em que o material, bidógko é distribuído, os reagentes são adjcÍonadQs, as

3./12 amostras são incubadas durante um determinado peribdo de. tempo para realízar uma reação, e a reação é digitalizada para produzir o resultado. O sistema de rendimento ejevado é particuiarmente adequado para o ensaio imunrabsomente conectado com enzimas de incubação homogênea à temperatur-a ambiente (ELISA - Enzyme L/nkal Mmunasar&nt Assay)- O módU|Q de detecção do sistema de alto rendimento coleta efiçientemente a luz emitida pela reação, L|tj[jzandQ um dispositivo de medição Óptica. O disposltNo de medição õptica pode ser um dispositivo de medição óptica anidólico, permjtindQ a cietecção de padrões de irradiação L|nifQrmes ou nãQ-unjforme's, e permitindo a detecção de sinais mais fi"âcQs.

[015] a figura 1 é uma vista frontal do sistema de alto rendimento 10. O sistema de aito renãmento 10 inclul módulo de armazenamento de piaca 12, um conjunto de braço 14, e um módu)Q desmmjador 16. O módljlQ desenrolador 16 indui um meio continuo 18 e um carrete) desenrQladQr 2Q. O sistema de alto renciimentcj IQ inclui ainda um módulô de di'stribuição de amostra. 22, um módulo reservatório de reagente 24, um módulo de distriburção de mgente 26,, um módula de selagem 28, um módulo de acumulação / incubação 3Q, uma tampa esistente à luz 32, um módulo de detecção 34, e um módulo rebobinàdor 36.

[016] Referindo-se à figura 1, o módu|Q de armazenamento de placa 12 armazena placas com mjcro-compartimentos conbendQ materja| blológico para análise, tais como soluções de plantas preparadas, DNA animal, rNA, ou material celular. O móduio de armazenamento de placa 12 pode armazenar placas de mjcro©mpartimentQs com 96 compartimentos, 384 compartimentos ou 1,536 compartlmentos distintos, ou qualquer ouÚq número adequado de compartimentos. O módulo de armazenamentô de placa 12 é lcQntr0jado por um sÍstema de controle eletrônico do sistema de alto reridimento 10. O módulo de armazenamento de placa 12 pode ser configurado para ccmtnolar a temperatum do material biolõgico acima da temperatura ambierrte, como por exemp|Q a 37 graus Celsius, ou pode ser coMgutado para refrigerar q material biQ|ógicQ.

[017] Para começar o procêsso de alto rendimentQ, o sistema de cQnUQ|e eletrônico do sistema de dto rendiment0 10 sma|iza para o módulo de armazenamento cle pLaca 12 para que de úansfica uma ou mais placas de micro-compartimentos para o módulo

4 /']2 desewolador 16, utilizando o conjunto de braço 14. O material bio|ógicc) nas placas de micro-compartÍmentos é subsequentemente transferido para q meio contÍnLIo 18, qíje é desenrolado a partir do carretel desenrolador 20. O meio contínuo 18 pode ser uma fita com matr,izes de 96 compartimentos, 384 compartimentos ou 1.536 compartimentos. Em uma forma de incorparação altemativa, o meío cmtínuo 18 pode ser substituído com segmentos ou folhas de cQmpartimenb0s, como um suporte para as amostras biológicas.

Nq módulo de distn'buição de amQstra 22, o material biQ|ógico é transferido para o meio cçmtÍnuo 18 utilizando uma pipeta de manuseamento de lÍquido5 eomemial conhgurada para fazer a distribuição em 96 compattimentos, 384 cQmpartjmentos Olj 1.536 compartimentos. O yo|ume da amostra transferlda é tipicamente de 10 micro-litros ou de micro·|itros, As pontas das pipetas de manuseio de líquidos comerciais podem ser lavadas antes da aspiração e distribuição da amostra de material biQ|ógico no mei'o contÍnun 18, de modo a evitar contaminação.

[018] Uma vez que a amostra de material biolágico de uma placa de armazenamento é transfericla para uma matriz do meio contÍnuQ 18, q meio contlnuo 18 contima a a¥'ançar através do sistema de alto rendimento 10, permitÍndQ que uma nwa matriz vazia do meio cQntÍnuQ 18 seja posicionada para ser enchida com uma outra amostra de materiai hiQiógicQ. Quando uma placa de armazenamento do m.Wlo ,de armazenamento de placa 12 não for mais necessária, eia é transferida de volta para q módu|Q de amazenamento de pIaca 12- Uma vez que a matriz foi devidamente enchida cQm uma amostra de materid biológica, 0 meio ccmtínúo 18 avança do módulo de distribuição de amostra 22 para o módulo de distribuição de reagente 26. O módulo de distribuição de reagerTbe 26 distribui, a partir do módlj|o resematório de reagente 24, um reagerrte para a màtriz do meio contínuo 18 contendo a amostra bidógica. Em uma forma de incorpmção altemativa, o módulo de distribuição de reage.nte 26 distribui um reagente no meio contínuo 18 antes da colocação de uma amostra bialógica no meio cmtínuo 18.

[019] Depois da distribuição, o m.eiQ contínuo 18 vai para o móáulo de selagem 28, onde o meio continuo 18 pocle ser se[adQ com uma tampa de vedação, Em uma forma de incorpQraçãQ alternativa, uma tampa de vedação não é aplicada ao meio contínuo 18, A tampa de vedação pode evitar contaminação e evaporação dos cQmpartimentos do meio

5,'12 contínuo 18 enquarito a reação está ocorrendo. Depois que uma tampa de vedação é ap|j¢ada, q meio contínuo !8 avança para o módulo de acumdação / incubação 30, para permitir que a reação quimica desejada ocorra. O mÓdU|Q de acumulação / incubação 30 incluí uma tampa resistente à luz 32 para proteger o meío contínuQ 18 da expo5içãQ à luz durante a reação química, por'que alguns produtns químicos são comprometidos mesmo pela presença de pequenas quantidades de Iuz.

[020] O módulo de acumulação / incubação 3Q pQde induir um controle térmico para realizar a reação desejada acima Qü abaixQ da temperatura ambiente. O módulo de aeumulação / Íncubação 30 também pode incluir um controle de umidade, a fim de evitar a evaporação e uma variação de volume indesejada nos compartimentos do meio contínuo 18, particulamente se nenhuma tampa de vedação fcji aplicada no módulo de selagem 28, Em uma forma de in¢orpQração alternativa, o sÍstema de· alto rendimento 10 pode incluir um controk térmicQ e de umidade em cada módulo, de modo a evitar de maneim mais eficaz a evaporação e assegurar a precisão e a eficiência da reação.

[021] Dependendo da composiçã'o química colocada no sistema de rendimento elevado 10, q sistema de rendimento elevado 10 pode incluir mais de um módLl|Q de distribuigão de reagente 26 e mais de um módulo de acumU|açãQ l incubação 30. por e-xemplo, a compodção química do ensaio ELISA requer dois módulos de distribuiçãa de reãgente 26 e dois módU1os de acumulação / incubação 30, a fim de detectar analitos c(mq insulina, VEGF, Af340, Aj342, IgG, EPCJ, TNFo. e HIV p24. No primeiro módulo de distribuição de reagerite 26, anti-analitos e grânulos aceitadores sãci adlcionados às amostras de material biológico no meio continuo 18. O meiQ contÍnuo 18 airida não é selado, porque outros reagentes precisam ser adicionados rio segundo módulo de distribuição de reagente 26. Q meiQ contÍnua 18, em seguida, sofre acumulação e incubação no primelro módulo de acumulação / incubação 30, para pemitir que os grânuios aceitadores e os anti-analitos se liguem ao material biológico. O primeiro rnádulo de acumulação / incubação 30 pode incluir controle térmico. Em uma forma de incorporação altern'ativa, o primeiro módulo de acumulação / íncubação 30 também pode incluir controle de umidade, a fim de evitar uma alteração de vdunie devido à evaporação,

[022] Subsequentemente, q meio continuo 18 vai para o segundo módulo de distribuição de reagente 26, onde grânuios doadores são adicionados às .amostras de material biológico. O meio eontínuo 18 prossegue então para o módulo de selagem 28 e para 0 segundo módulo de acUmu|açãQ l incubação 30, onde qs grânu]Qs doadores se iigam aos grânulos aeeitadores se o analito desejado estiver presente nas amostras de material bidógico no meio contínuo 18. Quanto mais analitos estiverem presentes na amostra de maMal biolÓgico, mais grânulos doadores se ligam a grânuhs aceitadorès, o que .resuitará em um sinal mais forte no módulo de detecção 34. Depois que c) meio cQntínuo 18 SOFN acumu|açãQ e inajbação no módulo de aajrr\u|açãQ / incubação 30, o meio çontínuo 18 vai para o módulo de detecção 34.

[023] Càda cQmpartimerm do meÍQ conti'nuo con.tendo amostra é analisado no módulo de devcção 34. A compõsição química no meio corKinuo 18 é excltada com uma fonte de excitação, tal como um laseg e qs fótons que saem da composição química são contados durante um período de tempo específíco, a fim de determinar a quaritidade do analitn desejadQ na amQstra de matehal biológico. O módulo de detecção 34 é configurado çjara impedir a penetração de luz, que iria interferir com a emissão de Iuz e a detecção de um analito desejadQ na composição química no meio eontínuo 18. O módulo de detecçãQ 34 pode utilizar wn perfii anidólico, a fim de medir com precisão as emissões de energia da amstra que apreseritam padrões de irradiãção tanto uniformes como nãQ-uniformes. O módulo de detecção 34 pode medir com precisão o voIume total da amcistra, onde cada fração do volume inteiro da amostra é igualmente pesada em uma única mediçãa [02q] Depois que uma matriz inteira do meio cQntÍnuo 18 fbi digitalizada no módulo de détecção 34, o meio contímo 18 é rebobinado no módulo rebobinador 36. Todo o pmcesso de alto rendimento no sistema de alto rendimento 10 é contrdado através de mhaede computador, que mQnitora e controla o ambiente e a progressão da reàçãQ na sistema de alto rendimento 10, O so~re de computador cria arquivos çom resuítadas para cada matriz dQ meio çQntÍnuQ 18 que é procéssado pelci sistema de alto rendimer]tQ

10.

[025] A hgura 2 é uma vista em perspectiva do meio contínuo 18. O meici cmtínuo 18 iriclui compartimentos 38, um padrão de indexação 39, um código IegÍvei por máquina 40

('tal como um código de barras), um mamdor de orlentação 41, e uma tampa de vedação

42. Os compartimentos 38 podem estar em um padrão de matriz com 96 compartimentos, 384 compartimentos, ou 1,536 compartimentos por matriz. O meio continuo 18 pode ser uma fita de suporte cQn,tin,ua. O meio cQntÍnUo 18 pode i'ncluir um padrão de indexação 39 para o movimento de translação e centralização do meio contínUQ 18 no sistema de alto rendjlnentc) 10. O padrão de indexação 39 pode perfurar o meio corTtÍnuo 18, a fim de auxiliar o .movimento de translação e centralização do meio contínuo 18. O código legÍvel por máquina 40 provê o rastreamento da atividade de cada um dos comparümentos 38 em cada matriz. O cõdigo iegível por máquina 40 é colocado em ambas as extremidades cle cada matriz e pemite a confirmação da identidade da matriz, definida independ.entEmente de em qual direção q meio contihUQ 18 é alimentado no sistema de ajW rmdkner1tQ 10. O marcadQr de orientação 41 é cQlQcado em âpenas uma das mremidàdes de cada matriz, a fim de p,rover informações sobre em qual clireção o meio jçQmnuQ 18 é alimentado através dQ sistema de afto rendimerrto 10. A tampa cIe vêdação 42 é prwfda quando a selagem de uma amostrâ de material biQ|Ógico com qs reagentes é ne~r"la para que uma reação específica ocQrra, IQ2¶ A figUra 3 é uma vista em cotte tmnwewal do módulo de deWção 34. Q módulo de deteeção 34 inclui c) conjunto Óptico superior 44 e q emjunto óptico inferiar 46, qne formam o aparêlho de medição óptica da presente irivenção. O conjunto óptico ÍmrjQr 46, que recebe e suporta q meio contÍnuQ 18 com compartimentos 3'8, indui um ekmentQ de integração 48, uma posição de excitação 50, uma posição de emisSão 52, e uma correia de tração 54. Q cnnjunto Óptico superior qq incluí um suporte Gptiaj principd 56, nm elemento projetante 58, um suporte de hltro I acQp|amei1to rotativo 60 cmtendo um filtro de emissão 62, um elemento de espelho de foctj 64, um detector de área de detecção ativa 66, um hser 68, um jnvólucrQ ceim porita pressionada por mola 70, uma ponta de fibra óptica 72, e um difusor de excitãção 74. O elemento projetante 58 tem, de preferência, q formato de Uma parábola composta, e é altamente reflexivo e aitaniente especuiar- O Ínvólucro com ponta pressionada por mda 70 protege o formato em cinzel da ponta de fibra óptica 72. O formato em cinzel da ponta de fíbra óptica 72 permite a emissão de dois feixes disparados latêrdmente no dífüsor cle excitação 74. A ponta de fibra Óptka 72 pemite empregar facetas dispostas a 34 9WjS do etxo central da ponta de fibra óptica n. O difusor de excitação 74 pode ser a|tamente reflexivo. O difusor de excitação 74 também pode ter um formato esférico,

[027] O módulos de detecção 34 digitatiza cada um dos compartlmentos 38, começando com o cQmpartimento na primeira coluna e na primeira linhà da matriz do meio contínuo

18. A correia de tração 54 avança o meio contÍnUQ 18 através do módulo de detecção 34.

a digitalizaçâo começa com a primeira linha da primeira coluna e avança para baixo a cada Iinha da primeira coluna. Após o módulo de detecção 34 ter djgita|izado todas as linhas na primeira coluna, a coweia de tração 54 avança q meio contínuo 18 para gigita|izar a primeira línha da segunda coluna, e o meio cç)nh'nuQ 18 wMinua a avançar desta maneira através àj módulo de detecção 34 até que cada um ciQS cQmpartimentos 38 tenh'a sÍdo digitalizado. O conjunto óptico inferior 46 é móvel para cima e para baíxo ao longo do eixo z, Quando ,0 ccmjunto óptico inferior '16 é Ievantado, ele Iev.anta o melo continuo 18, que fica presQ ênke o conjunto Óptic.o inferior 46 e cQr!juntQ óptico superiar

44.

[028] Quando o meio contínuo 18 avança através do módulo de detecç@ 34, q conjmto óptlco infêrior 46 abaixa o elemento de integração 48 para que flque livre e espaçado do meio contínuQ 18, o conjunto óptico superior 44 é mwido ao longo do aixo y e posicÍonado de modo a que q difusor de excitação 74 fique alinhado com a p,rimeira lmha de compartimentos 38. Simultan.eamente, q melo cQntÍnuo 18 é avançado ao longo do eixo x peia correia de tração 54, de modo que a coluna desejada de compartimentos 38 fique alinhada com ç) elementn de integração 48. Isto faz com que um dQs compartimentos 38 fique na posição de excltação 50 e um outro compartimento 38 fique na posição de emissão 52. Assim que o ahnhamento esteja completo, o conjunto óptico lnfêr,ior 46 é levanta.do, a fim de e|evar o elemento integrador 48 e prender o rnejo contínuo 18 contra o cQnjunto Óptico superior 44. Em uma forma de incorporação a|ernati.va, o conjunto ópticQ inferior não inclui elementos integradores q8, e q meio cnntínuo 18 atua como elemento integrador. O e|errÍento Íntegrador 48 pode ter um formato esférico. Q elemento integrador 48 também pode ser opticamente difusor. O elemerM hitegrador 'í8 pode ainda ser altamente reflexivo.

[029] O lasêr 68 é então energizadQ durante um tempo de excitação definido pelo usuário, e a compnsição quimica na posição de excitâção 50 é excitada pela enérgia do laser, normalmente a 680 nm. O lãser 68 pode ser energizado por até 0,5 segundos. O período de tempo no qua] o lãser 68 é energizado pode ser dependente da fonga da composição quimica. Por exemplo, se uma grande quantidade. de grân,ulos doadores se ligar a uma grande quantidade de grânulos aceitadores na compos,ição química ELISA, o ksm 68 deve ser energizado durante um período de tempo mais curto, para evitar a sobrecaíga do módulo de detecção 34. Em uma forma de incorporação altemativa, se houvér um nível muito baixo de analitos na amostra, o /aser68 pode ser energizado por mais.dè 0,5 segundos, a fim de produzir uma emissâo detectável.

[D30] O laser 68 é então desligado, e q conjuntD áptico inferior 46 é abaixado para desprender o meio contÍnuo 18 do c0njuntQ óptíco superior 44. O suporte Óptico principal 56 move o e|ementQ projetantè 58 ao longo do eixo y para a posição de excitação 50, a qual se toma, assim, a posição de emissão 52. O çonjunto óptico infèdor 46 levanta novamente o elemento de integraçãQ 48 pam prender q meio contMo 18 contra o cmjunto Óptlco superior 44, Quando a composiçãõ química ria pQsiçãQ de excitàção 50 é excitada pelo laser68, isto pode fazer com que. o meio contínuo 18 tenha um brilho auto- fluorescente. Portanto, deíxa-se passar um tempo de decaimento de auW-fluorescênáa definido pelo usuário, de moçla a evitar que a automuorescênçia seja medida juntamenbe com a quírnio4uminescênáa desejada da amostra excitada.

[031] O elemento de integração 48, o elemento projetante 58, o filtnn de emissão 62 e o elemento de espelho de fôco 64 compõem q dispositivo de medição óptica aMdólico do módulo de detecção 34. O dispositivo de medição óptica anicióiico encapsula a amostra bidógica. Depois que termina q tempo de decaimento da auto-f|uQre$cà1cia, os fótons emitidos pela quÍmicMuminescência da composlçãa químlca na posição de emissão 52 são refletidos no elemento pr(jjetarÍte 58, através do filtro de emissãQ 62, através do interiQr do elemento de espelho de fôco 64, e no deteçtor de área de detEcçãQ ativa 66. À medicia que os fótons mem da amostra, eles pQdem encontrar váriàs transições de rehàção e de refiexão, e como resultado o padrão da Írradiação emitída dentro do elemento de integração 48 pode ser unlforme Olj não-uniforme, cada um dos quais é detectável por um

1Q/i2 di$pQsjtjvQ de medição áptica amó|j® do mádLiIo de detecção 34. Em uma forma de incorporação alternativa, a f1uQrescência da composição quÍmica é detectada pelo módulo de detecção 34. A detiecção dura, de preferência, 0,2 segundos Em uma fmna de incQrpQração alternativa, a detecção pode clurar enwe 0,1 segunçjQ e 1 segundo. Em uma outra forma de incorpQTação, se a composição química prover um nível muito reduzido de emissão, a cietecçãQ pode durar 5 segundos.

[032] O módulo de detecção 34 gera, assim, uma contagem de fótons para determinar a fbrça de emissão da ccimposição qulmica na pnsição de emissão 52, representando a quantidade de anditos presentes. Uma vez que a detecção na posição de emissão 52 estiver cnmpleta, a amostra na posição de excitação 50 é excitada peio laser 68, e detecção procede da mesma maneira até que cada um dos compartimentos 38 na coluna desejada tenha sido excitado e digitalizado pelo módulQ de detecção 34. Depois que cj último compartimento 38 na coluna desejada fioi excitado, q conjunto Õptico inferior 46 abaixa o elemento de integração 48 para desprEnder q meio con.tinuo 18, O meio contínuo 18 avança, e a primeira Íinha da cduria sçguinte de compadimentos 38 é posicionada pàrã digitalização e detecção.

[033] Após cada um dos compartimentos 38 ter sido djgita|izadQ, o sistema de alto rendimento 10 sinaliza para o módulo de detecção 34 que o tempQ de incubação para a próxima matriz cíq meio continuo 18 está completo, e a próxima matriz do meio contínuo 18 é então avançada através do módulo de detecçâo 34, O módulo de detecção 34 pode demorar entre 2 minLltos e 5 minutos para digitalizar uma matriz com 16 linhas e 2q colunas de compartimentos 38. O módulo de detecção 34 pode incluir um fikro de emissão 62 alternativo, a fim de acomodar a multiplexação para outras composições químicas diferentes de ELISA, que não necessitam de filtros-

[034] Q módulo de detecção 34 utiliza um dispositivo de medição óptica inc|uindo ç} e|emento de jntegração 48 e o elemento projetarlte 58 para encapsular um dos mmpartimentos 38 do meio contínuo 18, para extrair a ÍljZ emitida pela composição químlca em uma amostra biológica. Prendendo-se 0 meio contínuo 18 ao conjunto Óptico superjQr 44 e encapsulando um dos compartimentos 38, a maioria dos fótons pela

"níiz amostra podein ser .detectados, q 'que pemite a detecção de sinais particula,rmente fracos, bem como a detecção cle pequenos volumes de amostra.

[03¶ A figura 4 é uma vista frontal do módulo de acumulação / incubação 30. O módulo de acumúlação / incubação 30 inclui q meio contínuQ 18, um conjunto rolete inferior 76, um cQnjur|t0 rolete superior 78, um acionador de mtrada de fita 80, e um acionador de saída de fita 82. O meio cQntinuo 18 entra no módulo de acumulação / incubacãQ 30 através do acionador de entrada de fita 80. O meio contínuo 18 entra de maneira retülnea, mas prossegue em um trajeto sinuoso através do cQnjunto de rolete inferior 76 e dQ conjunto de rolete superiQr 78. Q conjunto de rolete supetior 78 é móve|, enquanto o cQr!juntD de rolete inferjor 76 é estático. C) trajeto sinuoso permlte a acumuíação do meio cQntinuo 18 em um espaço compacto. O meio contínuo 18 sai do módulo de acumulação ,/ jncL|baçãõ 30 àtravés do acionador de saida de fita 82,

[036] Quando o meio contínuo 18 avança através do mÓdulo de acumulação / ÍncubaçãQ 3Ü, q sistema computadorizado do sistema de alto rendimenW 10 pode sinalizar ao módulo de acumuíação / incubação para parar o meio contínuo 18, para incubação. A mobllidade dQ rQ|ete superior 78 permite controlar Çl número de mabizes que podem passar através do móclulo de acumulação / i,ncubação 30. O riúmero de matrizes que passam atravé's do n7Ódu|o de aajmU[ação / incubação 30 depende do periQdo de incubação necessário e desejaclo para a composiçâQ química na ainostra biológica. Q mÓdulo de incubação / acumulação 30 pode manter nele q meio corTtÍnuQ 18 durante um determinado período de tempo, a uma temperatura e umidade especificadas A incubação pode ocorrer a uma temperatura entre a temperatura ambiente e 80 graus Celsius.

[037] O módulo de acumulação / incubação 30 permitè que os processos a montante e a jusante do sistema de alto rerjdimento 10 trabalhem independentemente. Em uma foma de incorporação, qs processos a mcmtante, como por exemph a distribuição, podem continuar em um ritmo rápido, enquanto que qs processos a jusante, tal como a detecção, podem pmsseguir a um ritmo mais lento, O módulo de acumdação l incubação 30 também permite que os processos a mntante e a jusante do sistema de rendimento e|eyad0 10 tenham diferentes perfis de movimentação. Em uma ibrma de incQrpQração, o

12!12 meio continua 18 pode se mover matrlz po matriz no pmcesso a montante, e coluna por eoluna no proce-sso a jusante.

[038] Embora a presente invenção tenha sÍdo descrita com referência a fornias de incorporação preferidas, qs especialistas na têcnica 'irão reconhecer que diversas altetações (7â5 fomas e detalhes podem ser feitas, sem fúgir do espírito e escopo da invençãa

Claims

i .í"3 Reivindicações

1. Método e aparelho para análise rápida, de alta sensibilidade, de amostras de baixo volume de materiais bíológicos, incluirido um sistema que compreencle: um suporte de amostra com uma pluralidade de compartimentos, que avança através do sistema de processamento de amostras biológicas de alto rendimento; um módulo de distribuição de amostra; um primeiro módulo de distribuição de reagentes; um primeiro módulo de acumulação / incubação; e um módulo de detecção; caracterizado pelo fatQ de que q módulo de detecçãQ utiliza um disposítiw de mediçãa óptica para encapsuiar uma amostra biológica em um derrtre uma pluraiidade de cQmpartimentQs do supwte com a amostra, e detecta a energia de uma composição quimica da amostra biológica para determinar a quantidade de um analito na dita amQstra bio|ógjca.

2. Método e aparejho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 1, induíndo um sistema caracterizado pelo fato de que o dlspositivo cie medição õptica clo módulo de detecção é um dispositivo de medição Óptica anídólico, que detecta a energia de padrões de irradiação tanto uniformes eomo não-unifomes emitidos pela mnposição química da amostra bioiógica.

3. Método e aparelho para anájise rápida, de acQrdQ com a reivindicação L incluindo um sistema caracterizado pelo fato de que q suportE com a amew entra iiq primeim módulo de acUmU[ação / incubaçãa em um trajeto retilineo.

4 Método e aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 3, mdúÍndQ uni sístema caracterizado pelo fato de que suporte de amostra avançà através da primeko módulo de acumulação / incubação em Um trajeto sinuoso.

S Método e aparelho para ãnálise rápida, de acordo com a reivindicação 1, ihdMndo um sistema caracterizado pelo fato de que o módulo de detecção é cDmguradQ para analisar composições químicas de ELISA.

Z'l IS

6. Método e apàrelho para análise rápida, de acordo com a reNMkação 1, inclulndo um sistema caracterizado pelo fato de compreender ainda um segundo módulo de distribuição de reagentes adjacente ãc) primeiro mÓdlj|o de acumulação / incubâçãcí.

7, Método e aparelho para análise rápida, de acordo Com a reivlndicação 6, incluindo um sístema caracterizado pelo fato de compreender alnda um segundo módulo de acumulação / incubação adjacente ao segundo módulo de dNtribuição de reagentes.

8, Método e apãrelho para aná|ise rápjda, de acordo com a reivindicaçãQ 1, incluiMo um sistema caracterizado pelo fato de compreender ainda um mÓdulo de sdagem àdjacente ao primeiro módulo de distribuição de reagentes.

9. Método e aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 8, incluMdo um sistema caracterizado pelo fàto de compreender ain,da um móduio dê armzcnamento de placa, com q módulo de distribuição 4e amostra adjacente ao módulo .de namento de plaça.

IQ. Método e aparelho para análise rápida, de acQm com a reMndicação 9, índljmdQ um sistema caracterizado pelo fàto de que q suporte cnm a amnstra é um mãa cmtínuo.

11. MéHdo e aparelho para análise rápida, de acorda Ccjm a ra¥indkação 10, incluindo um sistema caracterizado pelo fato de compreender aMda um móddo desenrolador e um módu!o rebobinador.

12, Método e aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindic'àção 1, incluindo um sistema caractenzado peío fato de compreender ainda um módulo de armazenamento de placa, cQm o módulo de distribuição de amostra adjacente ao módulo de àmazenamento de placa,

13. Método e apàrelho para análise rápida, dê acordo com a reivindicação 12, .induindo um sistema caracterizado peio fato de que q suporte com a amostra é um meio mMÍnuo.

14. Método e aparelho para anáfise rápida, de acordo com a reivindicação 13, incluindo um sistema caracterizado pela fato de compreénder ainda um módulo de desenrdador e um mõdu|Q rebobinador.

15. Método e aparelho para análise rápida, de accwdo com a reivindicãção 1, induindc um sistenia caracterizado PelO fàto de que o suporte com a amostra é um melb contínuo.

16, Método e aparelho para análise rápida, de acondo cotn a reivindicação 1, jnduh1do um sistema caracterizado pelo fàto de con]preender ainda um cQntro|e térniicQ pàra manter uma temperatura desejada na aniostra biológica, ém tõdo q sistema de processamento de amostras bidógicas de alto rendimenta

17, Método e aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 1, incluindo um sistema caracterizado pelo fato de que pelo menos um módulo, dentre o módulo de distribuição de amstra, (j primeiro módulo de dlstribUlção de reagentes, o prinieiro módulo de acumulação / incubação, e o módulo de deteccão, compreende um contrde térmico.

18. Método e aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicaçâo 1, induindo um sistema caracterizado pelo fato de compreender ainda, Uiti contrde de umidade para manter uma Ijmidade desejada na arnostra biológica, em todo q sistema de albo rendimento, a fim de evitàr a evaporação e dterações de volume da amostra biòlógka.

19. Método e aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 1, induindo um sistema caracterizado pelo fàto de que pelo mnos um módulo, dentre o módulo de d]stnbUição de amostra, q primeiro módulo de distribIjição de reagmtes, o prlmelro módulo de acun7u|ação / incubação, e 0 módulo de detecção, compreende um contrde de umidade.

20, Aparelho para análise rápida, de alta sensibilidade, de amostras de baixo volume de materiais biológicos, para a detecção de um anallto em uma amostra biológica de um suporte de amostra tendo uma pluralidade de cornpartlinentos, con7preendendo: um dispositivo de medição óptica compreendendo um conjunto Óptico súperior com um elemento projetante, e um conjunto óptico inferior para receber o suporte de amõstra; caracterizado pelo fato de que o dispositivo de medição óptica encapsula Ul1"lâ àmostra bidógica em um compartimento dentre uma pluralidade de compartimentos do

4/'Éi suporte com a amoStra, e detecta a energia de uma composição química da amostra biológica para determinar a quantidade de analitos na amostra bidógica.

21. Aparelho para análise rápida, de aajrdo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fàto de que (j dispositivo medição óptica do módulo de cIeteoção é um dispQsÍtivo de medição óptica anidólicn, que detecta a energia de padrões de irradiação tanto unifijrmes como nãQ-unlfQrmes emitidos pela composição química da am.ostra bídógica.

22. Aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que q suporte com a amostra é um elemeMo de integração.

23. Aparelho para análise rápida, de acordo com a reiviMicação 22, caractehzado peio fato de que o elemento projetante pode ser se.parado do e|ementQ de integração, parâ permitir o carregamento e o descarregamento da amostra.

24. Aparelho para análise rápWa, de acordo com a reivindicaçãQ 22, caracterizado pelo fato de que o elemento projetante coleta a energia do elemento de integração.

25. Aparelho para anáiise rápida, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que q conjunto óptico inferior compreende um copo de integração para receber o suporte de amostra.

26. Aparelho para análise rápida, de acardo com a reivindicação 25, caracterizado peío fàto de que o copci de integração tem formato esféricQ.

27. Aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fàto de que q copo de Íntegração é opticamente difusor.

28. Aparelho para anáIise rápida, de acordo com a reNindicàção 25, caracterizado pelo fato de que q ccipo de integração é altamente refkxivo,

29. Aparelho para análise rápída, de acordo com a reivindicação 25, càracterizado pelo fato de que o e|elTÍentQ projetante pode ser separado do copo de imegração para permitir o carregamento e o descai:regamento da amostra,

30, Aparelho para análise rápida, de acomo com a reivindicação 25, caracterizado pdo fàtcj de que o elemento projetante coleta a energia do copo de integração.

31. Aparejho para análise rápida, de acordo com a reivindícação 20, caracterizado pelo fato de que Cl elemento projetante é altamente reflexivo e altamente especular-

32. Aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o conjunto Õptico superio.r mmpreende uma fontíè de excitação para excitar a cQmposiçãQ química na amostra biotógica.

33. Aparelho para análise rápida, de acordo am a rávíndicação 32, caracterizado pelo fato de que ã fonte de excitaçãc' é um laser.

34. Aparelho para análise rápida, de acQrdo ctjm a reivindicação 32, caracterizado pe|Q fàto de que a fonte de excitàção compreende um difüsor de excitação altamente reflexÍvo.

35. Aparelho para análise rápida, de acwdo com a reNindicação 34, caracterizado pelo fato de que o dif'usor de excitação altamente reflexivo tem formato esféíícQ,

36, Apareího para ànálise rápida, de acondo com a reNindlcação 34, caracterizàdo pelo fato de que o difusor de excitação altamente reflexivo encapsula uma amostra bidógica em um compartimento dentre uma pluralidade de compartimentos do suporte de amostra com um elemento de integração.

37. Aparelho para análise rápida, de acQrdo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato cIe que o elementa de integração é o suporte de amostra.

38. Apareího para análise rápida, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado peio fato de que ç) ekmento de integração é um copo de jntegraçã0 dQ conjunto Óptico inferior,

39. Aparelho para análise rápida, de acordQ com a reivindicação 3'4, caracterizado pelo fato de que o difusor de excítação altamente reflexivo eompreende uma ponta de flbra óptica cujo fbrmato pemite a emissão de feixes disparadns lateralmente.

40. Aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 39, caracberizado pelo fato de que a ponta de fibra óptíca emprega uma pluralldade de facetas.

a/h

41. Aparejho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de fàcetas fica disposta a 34 graus do eixo central da ponta de fibra óptica,

42. Aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fàto de que a p|ura|jdad£ de facetas c0mpre£nde duas facetas.

43. Apârelho para análise rápida, de acQrdQ com a reÍvindicaçãQ 20, caracterizado pelo fato de que a amostra bidógica compreende uma composição qulmica de ELISA-

44. Aparelho para análise rápida, de acQrdo com a reivindícação 20, caracterizado peb fato de que o díspositivo de mediç® Óptica aniclóko compreende uma piuralidade de filtros para composições químicas que requerem mdtiplexação.

45. Aparelho para análise rápida, de acordo com a rejvindjcaçãc) 20, câracterizado pelo fato de qué o elemento projetante compreende um formato de parábo]a composta,

46. Aparelho para análise rápida, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o suporte com a, amostra é um meio contínuo.

47. Método para análise rápida, de aíta sensibüidade, de amostras de baixo vdume de materiais bíológicos, compreendendo um método de detecção da qyantidade de um analito em uma amostra bi0|ógica em um suporte de amostra tendo uma pWtalidade de compartimentos, caracterizado pelo fato de compreender: alimentar o suporté com a amostra em um aparelho de detecção que compreende um dispositivo de medição óptica, compreendendo um coqjunto Óptico superior tendo um elemento prQjetante, e um conjUnto Óptico Ínferior pàra receber o supQm de amostra; prender ô s'uporte com a amostra entre o conjuntn óptico inf«íor e o conjunto óptjcQ sljperiQr, para encapsular uma amostra biQ|ógjca em um compartimenW dentre uma plwalidade de compartimentos do suportê com a amostra; e detectar a energia de uma composição química da amostra biQlógjca, para deteminar a quantidade de analitos na amostra bidógica.

7/.R

48. Método para análise rápida, de acordo com a reivindícação 47, caracterizado pelo fàto de que a quantidade de um analito desejado na amostra biológica é baseada na força da emissão da composição química na amostra biológica.

qg. Método para análise rápida, de acordo cam a reivindkação 47, caracterizado peb fato de que o aparelho de detecção é um dispQsitivo de medição óptica anidólíco que detecta a energia de padrões de ÍrrMiação tanto uniformes como nãruniformes emitidQs pela composição química da amostra biológica.

50. Método para análise rápída, de acordo com a reivindicação 47, caractêrizado pelo fato de que o suporte com a amostra é um elemento de integração.

51. Método para análise rápida, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de que q elemento projetante coleta a energia do elemento de integraçãü.

52. Método para análise rápida, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado peio fàto de que o conjunto óptkn inferior compreende um copo de integraçâo para receber q suporte de amostra.

53, Método para análise vápida, de açardo com a reivindicação 52, caracterizado peio fato de que o elemento projetante coIeta a energia dQ copo de integração.

54- Método para análise rápida, de acomo com a rEiyindjcaçãQ 47, caracterizado pelo fato de que o conjunto Óptico superior compreende uma fonte de excitação para excitar a composição quimica na amostra biolõgica.

55. MétodQ para análise rápida, de ac0rdQ com a reivindicação 54, caracterizado pelo fato de que a fonte de excitação é um /as«

56. Método para análise rápida, de acordo com a reivindicação 54, caracterizado pelo fato de compreender ainda a excitação da composição qulmica na amostra bidógica.

57. Método para análise rápida, de acQmo com a reivindicação 54, caracterizado pelo fato de que a fonte de exátação é energizada por até 0,5 segundos.

8,'8

58. Método para análíse rápida, de acordo com a reivindicaçãci 47, caracterizado pelo fato de que a amstra biológica compreende uma composição quÍmica de ELISA,

59. Método para análise rápida, de acordo com a reivindicação q7, caracterizado pelQ fato do dispositivo de medição óptica anidólico compreender uma plurdidade de fi|trQs para composições químicas que requerem multiplexação.

60, Método para análise rápida, de acordo com a reivindicação 47, cãracterizado pelo fato do elemento projetante compreender um formato de parábola composta.

61, Método para análise rápida, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que o suporte com a amostra é um meio contínuo.

62. Método para anájise rápida, de acordo com a reivindicação 47, càrà~izadQ pelo fàto de que a detecção da energia na composição química da amostra biológica demora entre 0,1 segundo e 1 segundo,

X b

À

4

\\

C) 0 N ~ ~

"í)'

à! /"á ,2\Y\ S J?, Á" E' Accc,,:,i::':!:i::,,d\\ / C G O UP O O ó 0 O /0 Q O 00 V Q 0 Q Q 0 /D Q Q ÓO Ú 9 O 0 Q QQ /0 n Q 0P 0 0 0 n 0 Q 9 0 /0 R a ò Q Q 9 Q Q Q OQ Q 0 O 0 Ü 0 H 0 D Q O Q 00 O ç q O 0 0 O O Q Q Q q 0 Q 0 OÜ 0 O 0/ ~ /0 0 A 30 0 D Q 0 0 q ç}uq G Q O 0/ ¶ /0 Q 0q O ç q Q O Q QO n 0 Q O O 0/ /0 0 D Qq 0 0 0 O U 0 õ Q O Q Q 0 0/ /0 Q 0 OO A 0 0 O Q 0 O 0 Q C 0 0 0/ /0 D O 0 n G q O Q 0 OO DO 0 õ 0 0/ /D O 0 ao 0 D O 0 D OO Q O 0 0 0 0/ /0 q õ a 0 g O D q o 0 q oq ô ò a 0/ /0 o 0 õo q o q 0 o 0 0 00 g 0 q 0/ ~0 0 0 oõ 0 0 õ 0 q q # 0 0 0 0 0 0/ 0 op q q o 0 q qo q p 0 q q 9/ /) " 00 o q! 0 q o 00 0 o 0 o o 0/ C'\j q 9 o q 0 0 o 0 0 d 0 0 o q 0/ T K>(p ·q0q¢q0q0oqq 0/ òoc 0 qo 00 q g q 0/ a oq áqoq ó d o 0/ ^0qpQ Q0Q q 0 0/ hqu rd d p 0 0/

N <ü:í:0:: ,;7 "0,"a4üg qÀÜQ40'aüç'"üTq'g'4\V/ q ^ çl 0/ 0

O

Ó

H ,4". ,ap¶aRAõQagp¶e'R Qg ür, k g Rjf q 12 pq k q.

N 0/ u- ,q q 4a q 9újâ 2q .0 0,/ 2 #?a q 3 rn #..0,¢q po 0/ , jyb,.#RNN 'í! 0 gr3q RiÒ U tmá ÁA pq D P !?8 D g 4 y 0/ ' R #râà,A A B Q k ü âr C # D Ü G 9/ p1.aàA Ü a d õ A 0 ã i? jg C) Q a 0/ 0 n Wq *g Il S K SQ G13 G gu Q/ ' q UANH g QüA § Hnrra0 9 /Q/ '3Aâ9 9 p.aq g Bti qjò * u n/ ü TbiH"k.ag"9F q p,ao ü ac 'Ó/ g,QQlQlM 0 ü g O» R $ 0 R G A/ · e 9üP Q âmV.O ?,Qq PG P QB 0/ " ,. xDa£p,g SÜ rq0 ülGA&01Q Ú q,g G Aq 0 0¶gRg I3 0 Q/ k &aaÁ* á wag Qnaa o õ)7 jQggKTR4AagznÜ /q/ s un9 ü ho n«u w n ,fO/ 4 M íí ¢ ÃU RQ S Q.n /Ó/ $ QÜ gç'a D T P'A') /Ü/ g¢ 90 )451 a R /Q/ ,l'",ja 'j 3m It Sf â) /K/ "'°::i|!|l:::j;f$" \\,y

- 3Ê4

¶" m >· X~ 'jí hj I "X

"\)Í)'i AÇ" =t|tii1 ' Y "—~"

. '< q" ·,0 <

'\ ,,\ I'"'

O

O {2 ( O,) ,) , ° e ¶- " 'í)) )J|| È

O Ç'

O %J

I./J Resuma Método e aparelho para anáiise rápida, de alta sensibilidade, de amostras de baixo volume de materiais biológicos É descrito um sistema de processamento de amostras bidógicas com rêndMento elevado, incluindo um suporte de amQstra tendo uma p|ura|jdade de compartimentos, que avariça através do sisbema de processamento de amostras biológicas de alto rendimento.

O sistema inclui ainda um módulo de distribuição de amostra, um módulo de didribuÍção de reagentes, um módulo de acumdação / incubação, e um módulo de detecçãcí. O módub de detecção utiliza um dispositivo de medição óptica para encapsular uma amo5tra bio|ógica em um compadimento dentre urna pluralídade de compartimentos do supoíte gQm a amostra, e detecta a energia da compQsjçãQ químlca da amostra bíológica pam determinar a quantidade de um analito na ânwstra bidógica. .R

R