BR112015022186A2

BR112015022186A2 - sistemas e métodos para a detecção e quantificação de analitos

Info

Publication number: BR112015022186A2
Application number: BR112015022186-6A
Authority: BR
Inventors: Ayub Khattak; Clinton Sever
Original assignee: Cue Health Inc.
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2021-05-11
Also published as: JP2023076827A; BR112015022186B1; AU2016210684A1; CN104769440B; HK1209830A1; IL297030B1; EP3540444A1; US20150064693A1; IL283341A; EP2861996B1; US9360491B2; CA3028416A1; KR102358124B1; IL241016B; JP2016512332A; US20150129049A1; US20150140646A1; IL290168B2; AU2014248813B2; AU2020204329B2

Abstract

CARTUCHO E LEITOR DE ANÁLISE DE AMOSTRAS. Dispositivos, sistemas e métodos para a detecção de moléculas de interesse dentro de uma amostra recolhida são aqui descritos. Em certas formas de realização, estão descritos sistemas de análise de amostra de autocontidos, que incluem um componente leitor reutilizável, um componente de cartucho descartável e um componente descartável de recolha de amostras. Em algumas formas de realização, o componente de leitura comunica com um dispositivo de computação remota para a transmissão digital de protocolos de ensaio e resultados dos testes. Em várias formas de realização descritas, os sistemas, componentes e métodos são configurados para identificar a presença, ausência e/ou a quantidade de ácidos particulares nucleicos, proteínas ou outros analitos de interesse, por exemplo, a fim de testar a presença de um ou mais agentes patogénicos ou de contaminantes de uma amostra.

Description

“CARTUCHO E LEITOR DE ANÁLISE DE AMOSTRAS” RELATÓRIO DESCRITIVO REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

[0001] O presente pedido reivindica o benefício e a prioridade do Pedido Provisório dos EUA no 61/776.254, depositado no dia 11 de março de 2013 e intitulado "SYSTEM FOR PORTABLE AND EASY-TO-USE DETECTION OF ANALYTES WITH MOBILE COMPUTING DEVICE", o qual se incorpora ao presente documento na íntegra por referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] Em termos gerais, a presente invenção refere-se ao campo da detecção de moléculas. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a dispositivos, sistemas e métodos microfluídicos para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de um ou mais analitos específicos em uma amostra coletada.

ANTECEDENTES

[0003] As tecnologias convencionais para identificar a presença, ausência e/ou quantidade de ácidos nucleicos, proteínas e/ou outras moléculas de interesse em uma amostra geralmente requerem equipamentos de laboratório caros e a experiência de profissionais médicos altamente treinados. Por conseguinte, essas análises são tipicamente realizadas em laboratórios ou unidades médicas. Essa detecção de moléculas é importante, por exemplo, para detectar a presença de patógenos, doenças, contaminações, overdoses e intoxicações em uma pessoa ou outro animal ou no ambiente. Infelizmente, hoje em dia, algumas pessoas precisam encarar longos tempos de espera antes que os testes apropriados sejam realizados e antes de os resultados serem gerados e analisados. Em razão dessas longas esperas e da inconveniência de se deslocar até um laboratório ou unidade médica, as doenças e contaminações geralmente se espalham e podem causar dano significativo antes que a presença da referida doença ou contaminação seja sequer identificada.

SUMÁRIO

[0004] Existe uma necessidade significativa por tecnologias aprimoradas para a detecção e quantificação de moléculas. Existe uma necessidade por dispositivos que possam detectar moléculas de interesse em menos tempo e com menos experiência técnica do que os dispositivos convencionais usados hoje em dia. Existe uma necessidade por tecnologias de detecção de moléculas que possam ser usadas por consumidores em localizações não clínicas, por exemplo, em escolas, em locais de trabalho e em casa. Existe também uma necessidade por tecnologias de detecção de moléculas que possam ser usadas por consumidores ao entrar em uma farmácia ou unidade de saúde e que gerem resultados rapidamente, de tal modo que esses resultados já estejam à disposição quando o consumidor for conversar com um farmacêutico ou profissional de saúde. Existe também uma necessidade por dispositivos de detecção de moléculas dirigidos ao consumidor configurados para minimizar riscos biológicos. Várias concretizações reveladas neste documento podem satisfazer a uma ou mais dessas necessidades.

[0005] Um aspecto da presente invenção refere-se a um sistema para detectar moléculas. Em várias concretizações, o sistema inclui um dispositivo de cartucho, um dispositivo leitor, acoplado de maneira removível ao dispositivo de cartucho, e um dispositivo de coleta de amostra. Em algumas concretizações, o dispositivo de cartucho inclui: um alojamento de cartucho com barreiras internas definindo vários reservatórios, um canal de análise e um túnel de entrada; e uma placa de circuito ligada ao alojamento de cartucho, ou disposta dentro deste, a placa de circuito formando uma parede do canal de análise e tendo vários sensores dispostos em uma região do canal de análise. Em algumas concretizações, o dispositivo leitor inclui: um magneto alinhado ao sensor; um circuito ligado eletricamente ao sensor; e um processador com memória com instruções armazenadas nela. Em algumas concretizações, o dispositivo leitor também inclui um alojamento do leitor onde o magneto, o circuito e o processador são localizados, o alojamento do leitor definindo um encaixe que recebe ao menos parte do cartucho de análise de amostra. Em algumas concretizações, o dispositivo de coleta de amostra é dimensionado para encaixar ao menos em parte dentro do túnel de entrada. Além disso, em algumas concretizações, o sistema de detecção de moléculas também inclui um componente de sonicação ligado eletricamente ao circuito e alinhado a um primeiro dos vários reservatórios. O componente de sonicação pode formar um componente do dispositivo de cartucho ou do dispositivo leitor e pode ser composto, em parte ou como um todo, por um transdutor piezelétrico.

[0006] Outro aspecto da presente invenção refere-se a um cartucho de análise de amostra. Em algumas concretizações, o cartucho inclui um alojamento e uma placa de circuito disposta sobre, sob ou dentro do alojamento. Em algumas concretizações, o alojamento de cartucho possui barreiras internas definindo vários reservatórios, um canal de análise e um túnel de entrada. Os vários reservatórios incluem um primeiro reservatório preenchido ao menos em parte com um primeiro volume líquido contendo reagentes de preparo de amostra e outro reservatório preenchido ao menos em parte com um volume líquido contendo um substrato químico. Em algumas concretizações, os vários reservatórios também incluem um reservatório preenchido ao menos em parte com um volume líquido que compreende uma solução para lavagem. Em certas concretizações, o túnel de entrada estende-se de uma abertura na superfície do alojamento ao primeiro reservatório, e cada um dos vários reservatórios faz, ao menos por vezes, comunicação fluida com o canal de análise. Em certas concretizações, a placa de circuito inclui vários sensores alinhados a uma região do canal de análise.

[0007] Em algumas dessas concretizações, os reagentes de preparo de amostra incluem várias partículas magnéticas com moléculas de afinidade ligadas à superfície, vários agentes detectores e vários agentes para facilitar o acesso ao analito almejado que se ligam entre o analito almejado e as moléculas de afinidade ligadas à superfície e os agentes detectores. Em outras concretizações, o cartucho também inclui uma membrana disposta entre o túnel de entrada e o primeiro reservatório. A membrana de algumas dessas concretizações armazena a seco vários agentes de ligação competitivos, cada um deles incluindo um analito almejado pré-ligado a um agente de sinalização. Além disso, nessas concretizações, os reagentes de preparo de amostra no primeiro reservatório incluem várias partículas magnéticas com moléculas de afinidade ligadas à superfície e vários agentes para facilitar o acesso ao analito almejado e para facilitar a ligação das moléculas de afinidade ligadas à superfície com o analito almejado ou com o outro agente de ligação competitivo. Em várias concretizações, as várias partículas magnéticas podem incluir partículas magnéticas de dois ou mais tamanhos, cada tamanho tendo uma molécula de afinidade ligada à superfície diferente de tal modo que cada tamanho se ligue a um analito almejado diferente.

[0008] Em algumas concretizações de um cartucho de análise de amostra, o cartucho inclui várias válvulas correspondentes aos vários reservatórios sendo uma válvula posicionada em cada interseção entre um dos vários reservatórios e o canal de análise. Em algumas dessas concretizações, cada uma das várias válvulas varia de fase quando da aplicação de calor, e a placa de circuito inclui várias vias alinhadas às várias válvulas (por exemplo, dispostas diretamente acima ou abaixo dessas); vias essas ligadas fisicamente a um elemento calefator. Em algumas concretizações, o cartucho de análise de amostra inclui ainda um material absorvente disposto em uma extremidade a jusante do canal de análise.

[0009] Em várias concretizações do cartucho, o alojamento inclui um componente de tampa, um componente interno e um componente de base interconectados para formar uma estrutura fixa. Em algumas dessas concretizações, o componente de tampa é disposto em um primeiro lado do componente interno, o componente de base é disposto em um segundo lado do componente interno, e a placa de circuito é posicionada entre o componente interno e o componente de base. Juntos, os elementos do componente de tampa e o primeiro lado do componente interno definem o túnel interno e os vários reservatórios e, juntos, os elementos do segundo lado do componente interno e a placa de circuito definem o canal de análise.

[0010] Outro aspecto da presente invenção refere-se a um leitor de análise de amostra. Em várias concretizações, o leitor inclui um gerador de campo magnético, um circuito com uma unidade de detecção de cartucho, um processador com memória com instruções armazenadas nela e um alojamento com um encaixe para receber um cartucho de análise de amostra. Em certas concretizações, quando o leitor de análise de amostra é ligado ao cartucho de análise de amostra, o campo magnético criado pelo gerador de campo magnético é substancialmente alinhado a um sensor do cartucho de análise de amostra e o circuito é acoplado eletricamente ao sensor do cartucho de análise de amostra. Em várias concretizações, o leitor de análise de amostra liga-se intercambiavelmente a vários cartuchos de análise de amostra.

[0011] Em algumas concretizações, o leitor também inclui um componente de sonicação ligado eletricamente ao circuito. Nessas concretizações, quando um leitor de análise de amostra é ligado ao cartucho de análise de amostra, o componente de sonicação é alinhado a um reservatório de preparo de amostra no cartucho de análise de amostra.

[0012] Em algumas concretizações do leitor de análise de amostra, o gerador de campo magnético inclui vários geradores de campo magnético e, quando o leitor de análise de amostra é ligado ao cartucho de análise de amostra, os vários geradores de campo magnético alinham-se a vários sensores que ficam em um plano do cartucho de análise de amostra, cada gerador de campo magnético configurado para produzir um campo magnético de resistência diferente. Essa configuração gera um gradiente de campo magnético dentro do canal de análise do cartucho de análise de amostra. Em algumas concretizações, os vários geradores de campo magnético são formados por vários magnetos permanentes, cada um disposto a uma profundidade diferente em relação ao plano dos sensores. Em outras concretizações, o gradiente de campo magnético pode ser formado, por exemplo, usando vários magnetos permanentes de tamanho crescente ou vários indutores de tamanho crescente ou números crescentes de bobinas.

[0013] Em algumas concretizações do leitor, o componente de sonicação é um componente piezelétrico ligado eletricamente ao processador, e o componente piezelétrico é posicionado para converter um evento mecânico ou mudança mecânica dentro do reservatório em um sinal elétrico. Em algumas concretizações, um processador e/ou sistema de circuitos ligado eletricamente ao componente piezelétrico é configurado para receber e interpretar um sinal elétrico. Esse evento mecânico no reservatório pode ser convertido na forma da pressão detectada aplicada ao componente piezelétrico através da flexão no reservatório de preparo de amostra do cartucho de análise de amostra quando da entrada de um dispositivo de coleta de amostra. Como alternativa, uma mudança na carga mecânica ou massa sobre o componente piezelétrico pode causar uma mudança na frequência de ressonância do componente piezelétrico que é detectável e/ou quantificável pelo processador e/ou sistema de circuitos. Em outras concretizações, o componente piezelétrico e processador e/ou sistema de circuitos conectado quantificam a variação na onda refletida de um pulso emitido a partir do componente piezelétrico. Em algumas dessas concretizações, o processador e/ou sistema de circuitos é programado com um valor limite para essa variação na onda refletida, o limite definido para distinguir entre uma condição sem um dispositivo de coleta dentro do reservatório versus uma condição com um dispositivo de coleta inserido. Em ainda outro exemplo do componente piezelétrico convertendo um evento mecânico ou mudança mecânica dentro do reservatório em um sinal elétrico, o componente piezelétrico é configurado para detectar uma onda sonora, tal como a onda sonora correspondente a um clique que acontece por causa de partes mecânicas do dispositivo de coleta de amostra interagindo com elementos do canal de entrada ou reservatório.

[0014] Em algumas concretizações do leitor de análise de amostra, o processador é configurado para executar instruções armazenadas na memória, que, quando executadas, fazem com que o processador realize um método. O método de certas concretizações inclui identificar um protocolo de teste apropriado para o cartucho de análise de amostra acoplado com base ao menos em parte em informações de identificação do cartucho recebidas a partir do circuito e executar o protocolo de teste apropriado. Em algumas concretizações, executar o protocolo de teste apropriado inclui: estimular o componente piezelétrico para gerar um sinal de teste dentro do reservatório de preparo de amostra e para detectar um sinal de retorno, receber sinais de detecção a partir do componente piezelétrico, os sinais de detecção incluindo o sinal de retorno e uma ressonância do componente piezelétrico, detectar a entrada de um dispositivo de coleta de amostra no reservatório de preparo de amostra com base ao menos em parte em uma mudança no sinal de retorno e/ou uma mudança na ressonância do componente piezelétrico e iniciar um protocolo de sonicação para o componente de sonicação misturar reagentes e partículas de amostra dentro de um líquido disposto dentro do reservatório de preparo de amostra, em que a mistura facilita a hibridização de ao menos alguns dos reagentes com as partículas da amostra.

[0015] Em algumas concretizações, o método realizado pelo processador ao executar o protocolo de teste apropriado inclui também, ou como alternativa, receber, através do circuito, sinais de detecção gerados pelo sensor do cartucho de análise de amostra e processá-los. O método também pode incluir transmitir dados com base ao menos em parte nos sinais de detecção a um dispositivo de computação móvel ou dispositivo de exibição.

[0016] Outro aspecto da presente invenção refere-se a um computador especializado para a detecção não clínica de doenças. O computador especializado de várias concretizações inclui hardware e software. Por exemplo, em algumas concretizações, o computador inclui um encaixe ou porta para receber ao menos parte de um cartucho de detecção de doença, o encaixe posicionado sobre o computador ou dentro dele. O computador de várias concretizações também inclui: um sistema de circuitos para detectar sinais gerados a partir de uma reação de oxidação que ocorre dentro do cartucho de detecção de doença e um processador com memória com instruções armazenadas nela. Quando do engate do cartucho de detecção de doença, o processador executa as instruções, que, em certas concretizações, fazem com que o processador execute um método que inclui: detectar uma classificação do cartucho de detecção de doença com base em sinais recebidos a partir do sistema de circuitos, iniciar um protocolo de teste específico à classificação e gerar resultados de detecção de doença específicos à classificação em menos de trinta minutos. O método pode incluir ainda transmitir os resultados de detecção de doença a um dispositivo de computação remoto para novo processamento, exibição e/ou armazenamento. Em certas concretizações, o computador tem menos de 30 cm de altura, menos de 30 cm de largura e menos de 30 cm de comprimento. Em certas concretizações, o computador é destinado ao uso por consumidores não treinados em ambientes em casa, em escritórios ou em escolas.

[0017] Um aspecto da presente invenção refere-se a um kit de detecção de analitos auto-suficiente, o qual armazena com segurança, durante e após a detecção de analitos, todas as amostras coletadas e todos os líquidos necessários para detectar um analito específico. Em várias concretizações, o kit inclui um dispositivo de coleta de amostra descartável; e uma unidade de detecção descartável. A unidade de detecção inclui um túnel de entrada dimensionado para receber com segurança e permanentemente o dispositivo de coleta de amostra e vários compartimentos, que armazenam seguramente e à parte reagentes, um meio de lavagem e um substrato. Em algumas concretizações, o túnel de entrada estende-se de uma abertura na superfície da unidade de detecção até uma via de entrada em um primeiro compartimento que detém os reagentes. Em algumas concretizações, antes da introdução do dispositivo de coleta de amostra, uma membrana seletivamente rompível cobre a via de entrada do primeiro compartimento a fim de bloquear o fluxo de reagentes ao túnel de entrada. Em algumas concretizações, elementos de travamento complementares são dispostos no dispositivo de coleta de amostra e no túnel de entrada para restringir o movimento do dispositivo de coleta de amostra à unidade de detecção quando da introdução do dispositivo de coleta de amostra no túnel de entrada. Ademais, em algumas concretizações, o dispositivo de coleta de amostra e o túnel de entrada são dimensionados para formar uma vedação estanque a líquido à medida que o dispositivo de coleta de amostra avança ao túnel de entrada.

[0018] Ainda outro aspecto da tecnologia revelada refere-se a um método para detectar uma doença sem a presença de um profissional de saúde ou perito. Em algumas concretizações, esse método inclui: esfregar uma fossa nasal do usuário com uma zaragatoa para colher uma amostra, posicionar um cartucho, que aloja todos os reagentes e substratos necessários para realizar um protocolo de teste de detecção de doença, em um computador especializado configurado para detectar o cartucho, e inserir a zaragatoa no cartucho de tal modo que ela fique presa no lugar dentro do cartucho e não possa ser removida. Em várias concretizações, o computador especializado detecta a introdução da zaragatoa e inicia um protocolo de teste. Em algumas dessas concretizações, o computador especializado detecta a presença ou ausência de uma doença específica dentro da amostra através do protocolo de teste em menos de 30 minutos. O método pode incluir ainda ler resultados do teste a partir de um dispositivo de computação remoto, depois de os resultados serem transmitidos do computador especializado ao dispositivo de computação remoto através de uma conexão de comunicação com fio ou sem fio.

[0019] Outro aspecto da presente invenção refere-se a um método para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de um analito almejado em uma amostra. O método de várias concretizações inclui: carregar um cartucho em um leitor de analitos, em que o cartucho possui vários reservatórios, que incluem um primeiro reservatório preenchido, ao menos em parte, com reagentes, um reservatório preenchido, ao menos em parte, com um substrato e, como opção, outro reservatório preenchido, ao menos em parte, com uma solução de lavagem; remover um dispositivo de coleta de amostra de uma embalagem estéril; colocar uma prova em contato com uma ponta do dispositivo de coleta de amostra para colher uma amostra; e inserir o dispositivo de coleta de amostra no cartucho até que ao menos a ponta entre no primeiro reservatório. Em certas concretizações, inserir a ponta do dispositivo de coleta de amostra no primeiro reservatório aciona o leitor de analitos, fazendo com que um dispositivo de sonicação dentro do leitor de analitos execute um protocolo de sonicação para misturar a amostra coletada pelo dispositivo de coleta de amostra aos reagentes no primeiro reservatório. Em aditamento ou como alternativa, inserir a ponta no primeiro reservatório faz com que uma série de elementos calefatores derreta em sequência uma série de válvulas posicionadas dentro dos vários reservatórios, ou próximas a eles, liberando assim, em sequência, o conteúdo dos vários reservatórios em uma zona de análise para a análise do leitor de analitos. Em algumas dessas concretizações, inserir a ponta do dispositivo de coleta de amostra no cartucho envolve avançar o dispositivo de coleta de amostra a um túnel de entrada do cartucho até que a ponta do dispositivo de coleta de amostra rompa uma barreira de membrana disposta em uma extremidade distal do túnel, a ponta entre no primeiro reservatório e o dispositivo de coleta de amostra engate-se fixamente ao cartucho com uma vedação estanque a líquido formada entre o dispositivo de coleta de amostra e o túnel de entrada.

[0020] Outro aspecto da presente invenção refere-se a métodos computadorizados para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de analitos almejados em uma amostra. Por exemplo, em algumas concretizações, um método executado por um leitor de analitos computadorizado inclui: detectar a presença de um cartucho carregado no leitor de analitos, detectar informações de identificação associadas ao cartucho, e identificar um protocolo de teste apropriado para o cartucho com base ao menos em parte nas informações de identificação. Em algumas concretizações, o método computadorizado inclui em aditamento ou como alternativa: detectar um dispositivo de coleta de amostra em um primeiro reservatório do cartucho, iniciar um protocolo de sonicação quando da introdução do dispositivo de coleta de amostra a fim de misturar vários reagentes, várias partículas magnéticas, vários agentes detectores ou agentes de ligação competitivos e várias partículas dentro do primeiro reservatório. Em algumas dessas concretizações, as várias partículas magnéticas incluem ao menos: várias partículas magnéticas grandes, cada uma com uma primeira molécula de afinidade em sua superfície configurada para ligar-se a um primeiro analito almejado, e várias partículas magnéticas pequenas, cada uma com uma segunda molécula de afinidade em sua superfície configurada para ligar-se a um segundo analito almejado. Quando da mistura, por exemplo, através do protocolo de sonicação, se os analitos almejados primeiro e/ou segundo estiverem presentes, a hibridização ocorre. Em algumas dessas concretizações, em especial concretizações com agentes detectores, a mistura resultante inclui vários complexos sanduíche, cada um formado por um analito almejado ligado tanto a uma molécula de afinidade à superfície em uma superfície de uma partícula magnética quanto a um agente detector. Em outras concretizações, em especial concretizações com um agente de ligação competitivo, a mistura resultante inclui complexos moleculares, cada um composto por um analito almejado ligado somente a uma molécula de afinidade à superfície em uma superfície de uma partícula magnética.

[0021] Em algumas concretizações, o método também inclui estimular um primeiro elemento calefator de tal modo que uma primeira válvula dentro do cartucho derreta e a mistura flua do reservatório de preparo de amostra a um canal de análise. Em várias concretizações, a mistura é suspensa em uma solução, e a solução atua como meio de transporte que transporta a mistura do primeiro reservatório ao canal de análise rumo a um material absorvente a jusante via ação capilar. Dentro do canal de análise, as partículas magnéticas da mistura localizam-se sobre vários magnetos ou outros geradores de campo magnético dentro de uma região do canal de análise; as partículas magnéticas formam assim várias amostras localizadas. Nessas concretizações, as partículas magnéticas localizam-se com base no tamanho e na resistência de tal modo que as partículas magnéticas grandes se localizem dentro de um campo magnético a montante menor e as partículas magnéticas pequenas localizem-se dentro de um campo magnético a jusante maior. O método de algumas concretizações também inclui estimular um segundo elemento calefator para que uma segunda válvula dentro do cartucho derreta e uma solução de lavagem flua de um segundo reservatório ao canal de análise com a solução de lavagem removendo, das várias amostras localizadas, agentes detectores e/ou agentes de ligação competitivos que não estejam indiretamente ligados a partículas magnéticas. O método de algumas concretizações inclui ainda estimular um terceiro calefator resistivo para que uma terceira válvula dentro do cartucho derreta e uma solução de substratos flua de um terceiro reservatório ao canal de análise. Em algumas concretizações, os agentes detectores e agentes de ligação competitivos incluem enzimas oxidantes que oxidam o substrato.

[0022] O método computadorizado pode incluir ainda: detectar um primeiro sinal em um segundo sensor de gravação localizado dentro do campo magnético menor, em que ao menos parte do primeiro sinal é causada pela oxidação do substrato; detectar um segundo sinal em um segundo sensor de gravação localizado próximo ao campo magnético maior, em que ao menos parte do segundo sinal é causada pela oxidação do substrato; detectar um sinal de referência em um sensor de referência; calcular um primeiro sinal resultante, por exemplo, subtraindo o sinal de referência do primeiro sinal para eliminar o ruído;

processar e analisar o primeiro sinal resultante para identificar a presença e/ou quantidade do primeiro analito almejado; calcular um segundo sinal resultante, por exemplo, subtraindo o sinal de referência do segundo sinal para eliminar o ruído; e processar e analisar o segundo sinal resultante para identificar a presença e/ou quantidade do segundo analito almejado. Em algumas concretizações, o método também inclui transmitir sinais indicativos de um resultado de teste a um dispositivo de computação móvel.

[0023] Em algumas dessas concretizações, o primeiro sinal resultante é proporcional a uma quantidade do primeiro analito almejado presente dentro das amostras localizadas e o segundo sinal resultante é proporcional a uma quantidade do segundo analito almejado presente dentro das amostras localizadas. Em outras concretizações, os sinais resultantes primeiro e segundo são indiretamente proporcionais à quantidade dos analitos almejados primeiro e segundo presentes na amostra. Em outras concretizações, o primeiro sinal é indiretamente proporcional à quantidade do primeiro analito e o segundo sinal é diretamente proporcional à quantidade do segundo analito almejado, ou vice-versa.

[0024] Em outras concretizações de um método computadorizado para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de analitos almejados em uma amostra, o primeiro reservatório só inclui partículas magnéticas de um mesmo tamanho e somente um magneto ou outro gerador de campo magnético é incluído dentro ou próximo do canal de análise. Nessas concretizações, o método permita a detecção da presença, ausência e/ou quantidade de um mesmo analito almejado.

[0025] Em outras concretizações do método computadorizado, três ou mais tamanhos de partículas magnéticas se fazem presentes no primeiro reservatório e um número igual de três ou mais geradores de campo magnético são incluídos dentro ou próximos do canal de análise.

Dessa forma, um mesmo dispositivo e mesmo método podem ser usados para testar a presença de vários analitos em uma amostra. Qualquer número de tamanhos de partícula e resistências de campo magnético pode ser usado para criar um mapeamento de 1 para 1 entre o sinal do sensor e a concentração do analito almejado, seja esse sinal direta ou indiretamente proporcional à quantidade do analito almejado. Nessas concretizações, o número de campos magnéticos é igual ao número de sensores e ao número de populações de partículas magnéticas exclusivas, ambos iguais ao número de diferentes analitos almejados que o sistema é configurado para detectar. Esses métodos e dispositivos podem ser usados, por exemplo, para determinar: de qual doença, dentre várias, uma pessoa está sofrendo; contra qual fármaco ou tóxico, dentre vários, uma pessoa está sofrendo reação adversa; ou qual substância química, dentre vários, contaminou a água. Outros exemplos incluem quantificar as concentrações de várias vitaminas, hormônios, proteínas ou outros analitos de interesse no corpo de uma pessoa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026] Concretizações exemplificativas são descritas abaixo com referência aos desenhos anexos, onde números iguais indicam elementos iguais. Nos desenhos:

[0027] As FIGs. de 1A a 1D ilustram representações esquemáticas de moléculas e reações observadas em uma concretização do sistema de detecção de analitos da presente invenção.

[0028] As FIGs. 2A e 2B ilustram representações esquemáticas de moléculas e reações observadas em outra concretização do sistema de detecção de analitos da presente invenção.

[0029] As FIGs. 3A e 3B ilustram uma vista lateral e uma vista em perspectiva, respectivamente, de uma concretização de um dispositivo de coleta de amostra.

[0030] As FIGs. 3C e 3D ilustram uma vista em perspectiva e uma vista lateral, respectivamente, da cabeça de coleta incluída na concretização do dispositivo de coleta de amostra das FIGs. 3A e 3B.

[0031] A FIG. 4A ilustra uma vista lateral de outra concretização de um dispositivo de coleta de amostra.

[0032] A FIG. 4B ilustra uma vista em perspectiva do dispositivo de coleta de amostra da FIG. 4A.

[0033] A FIG. 5 ilustra um diagrama em blocos funcional de uma concretização de um dispositivo de coleta de amostra.

[0034] A FIG. 4A ilustra uma vista lateral de outra concretização de um dispositivo de coleta de amostra.

[0035] A FIG. 7A ilustra uma vista em perspectiva de uma concretização de um dispositivo de cartucho montado.

[0036] A FIG. 7B ilustra uma vista em perspectiva de componentes que compõem o dispositivo de cartucho da FIG. 7A em uma configuração desmontada.

[0037] A FIG. 8 ilustra uma vista explodida de outra concretização de um dispositivo de cartucho.

[0038] As FIGs. de 9A a 9C ilustram vistas em perspectiva explodida, semi-explodida e não explodida de outra concretização do dispositivo de cartucho.

[0039] A FIG. 10A ilustra uma vista superior da concretização do dispositivo de cartucho da FIG. 8.

[0040] A FIG. 10B ilustra uma vista parcial em perspectiva do dispositivo de cartucho da FIG. 8.

[0041] As FIGs. 11A e 11B ilustram uma vista superior e em perspectiva, respectivamente, de um componente interno e de um componente de placa de circuito encontrados em uma concretização de um dispositivo de cartucho.

[0042] A FIG. 11C ilustra uma vista parcial do componente interno da FIG. 11A ampliado para destacar os elementos dos reservatórios na concretização em específico.

[0043] As FIGs. 12A e 12B ilustram uma vista superior e uma vista lateral, respectivamente, da concretização do dispositivo de cartucho da FIG. 8 com a concretização do dispositivo de coleta de amostra da FIG. 4 disposta nela.

[0044] As FIGs. 13A e 13B ilustram uma vista superior e uma vista em perspectiva de uma concretização de um reservatório de preparo de amostra representado esquematicamente à parte do restante de um cartucho.

[0045] A FIG. 14 ilustra um diagrama em blocos funcional de uma concretização de um túnel de entrada.

[0046] As FIGs. de 15A a 15C ilustram uma vista superior, uma vista lateral e uma vista em perspectiva, respectivamente, de outra concretização de um túnel de entrada.

[0047] A FIG. 16A ilustra uma vista superior de uma concretização de um túnel de entrada em que uma concretização de um dispositivo de coleta de amostra é disposta dentro dele em uma configuração travada.

[0048] As FIGs. 16B e 16C ilustram vistas parciais do túnel de entrada e do dispositivo de coleta de amostra da FIG. 16A ampliados para destacar os elementos de travamento e os elementos de vedação da concretização, respectivamente.

[0049] As FIGs. de 17A a 17I ilustram vistas em corte transversal de várias concretizações de um canal de análise microfluídico.

[0050] As FIGS. 18A e 18B ilustram uma vista superior e uma vista inferior, respectivamente, da concretização do componente de placa de circuito da concretização do cartucho das Figuras FIGs. 7A e 7B.

[0051] A FIG. 19 ilustra uma vista em corte transversal de um primeiro reservatório da concretização do cartucho da FIG. 8.

[0052] A FIG. 20 ilustra válvulas posicionadas dentro de uma concretização de um cartucho.

[0053] A FIG. 21 representa esquematicamente uma concretização de um dispositivo leitor.

[0054] A FIG. 22 ilustra uma vista explodida de uma concretização de um dispositivo leitor.

[0055] As FIGs. de 23A a 23C representam esquematicamente um sonicador engatado em várias condições de um protocolo de detecção automática e início automático.

[0056] A FIG. 24 ilustra um diagrama esquemático de uma concretização de um sistema de feedback de válvula.

[0057] A FIG. 25 ilustra uma vista parcial de uma concretização de um dispositivo leitor com um sistema de feedback de válvula.

[0058] As FIGs. de 26A a 26C ilustram várias vistas da concretização do dispositivo leitor da FIG. 22 em vários estágios de engate com a concretização do dispositivo de cartucho das FIGs. 7A e 7B.

[0059] As FIGs. 27A e 27B ilustram uma vista lateral e uma vista em corte transversal de outra concretização de um dispositivo leitor ligado a outra concretização de um dispositivo de cartucho.

[0060] A FIG. 28A ilustra vários componentes que compõem uma concretização de um sistema de detecção de analitos almejados.

[0061] A FIG. 28B ilustra o sistema de detecção de analitos almejados da FIG. 28A com os vários componentes interligados e em uso.

[0062] A FIG. 29A ilustra outra concretização de um dispositivo leitor.

[0063] A FIG. 29B ilustra o dispositivo leitor da FIG. 29A ligado diretamente a um dispositivo de computação remoto.

[0064] A FIG. 30 ilustra outra concretização de um dispositivo leitor.

[0065] A FIG. 31 ilustra um diagrama esquemático de uma concretização de um sistema de detecção de analitos.

[0066] A FIG. 32 ilustra um fluxograma de uma concretização de um método para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de um analito almejado em uma amostra.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CERTAS CONCRETIZAÇÕES

[0067] Na descrição detalhada a seguir, far-se-á referência aos desenhos anexos, que fazem parte da presente revelação. As concretizações descritas nos desenhos e a descrição devem ser consideradas exemplificativas e não exaustivas. Conforme usado neste documento, o termo “exemplificativo” significa “que serve como exemplo ou ilustração” e não deve ser interpretado necessariamente como preferido ou vantajoso a outras concretizações. É possível adotar outras concretizações e fazer modificações sem com isso divergir do âmbito nem da essência da matéria inventiva apresentada neste documento. Os aspectos da invenção, conforme descritos e ilustrados neste documento, podem ser reorganizados, combinados e concebidos em uma variedade de configurações diferentes, todas as quais são explicitamente contempladas e fazem parte da presente revelação.

[0068] Salvo indicação em contrário, todos os termos técnicos e científicos usados neste documento têm os mesmos significados comumente entendidos pelos versados na técnica a que pertence a presente invenção. De acordo com as Reivindicações que seguem e com a revelação dada neste documento, os termos a seguir são definidos com os significados a seguir, salvo menção explicitamente em contrário.

[0069] Os termos “cerca de” ou “aproximadamente,” quando usados antes de uma indicação ou faixa numérica (por exemplo, pressão ou dimensões), indicam aproximações que podem variar em 5%, 1% ou 0,1% para ( + ) ou para ( - ).

[0070] Conforme usadas no relatório e nas Reivindicações anexas, as formas no singular “um”, “uma”, “o” e “a” incluem os referenciais tanto no singular quanto no plural, a não ser que o contexto dite claramente o contrário. Por exemplo, o termo “uma molécula” pode incluir, e contempla-se que inclua, várias moléculas. Por vezes, as Reivindicações e a revelação podem incluir termos como "vários", "um ou mais" ou "ao menos um"; porém, a ausência desses termos não significa, e não deve ser interpretada de modo a significar, que uma pluralidade não seja concebível.

[0071] Conforme usado neste documento, o termo "compreender" significa que os dispositivos, sistemas e métodos incluem os elementos citados e podem incluir também quaisquer outros elementos. “Composto essencialmente por" significa que os dispositivos, sistemas e métodos incluem os elementos citados e excluem outros elementos de importância essencial à combinação para o propósito mencionado. Sendo assim, um dispositivo ou método composto essencialmente pelos elementos conforme definidos neste documento não exclui outros materiais ou etapas que não afetem materialmente as uma ou mais características básicas e inovadoras da invenção reivindicada. “Composto por" significa que os dispositivos, sistemas e métodos incluem os elementos citados e excluem tudo mais do que um elemento ou etapa trivial ou irrelevante. As concretizações definidas por cada um desses termos transicionais encontram-se dentro do âmbito da presente invenção.

[0072] Vários dispositivos, sistemas, kits e métodos revelados neste documento destinam-se a isolar, marcar e detectar um analito almejado em uma amostra colhida de uma prova. Em certas concretizações, utilizam-se reações químicas para permitir essa detecção. Exemplos de reações químicas são discutidos abaixo e ilustrados nas Figuras 1A e 2B.

Os Reagentes e as Reações

[0073] Em algumas concretizações, um analito almejado 110a, 110b é adicionado a uma solução de reagentes de preparo de amostra, conforme ilustram as Figuras 1A e 1B. Esse analito almejado pode ser qualquer molécula, tal como um ácido nucleico, uma proteína, uma molécula pequena ou um metal pesado. Os reagentes de preparo de amostra incluem ao menos microcontas ou nanopartículas magnéticas 120a, 120b (chamadas neste documento de “partículas magnéticas”). Em várias concretizações, cada partícula magnética 120a, 120b possui uma molécula de afinidade 130a, 130b ligada à sua superfície. A molécula de afinidade pode ser qualquer molécula ou grupo adequado capaz de capturar ou ligar-se a uma molécula almejada. Exemplos não exaustivos de moléculas de afinidade incluem anticorpos (incluindo anticorpos de cadeia simples, anticorpos de cadeia composta, diacorpos, anticorpos humanizados etc.), fragmentos de anticorpos com afinidade, ligantes, moléculas de polipeptídeos ou proteínas e grupos com afinidade de ligação por substratos, moléculas de ácidos nucleicos (por exemplo, aptâmeros), outras moléculas com afinidade de ligação e seus semelhantes. As Figuras 1A e 1B ilustram um anticorpo 130a e uma sonda de ácidos nucleicos 130b, embora qualquer molécula de afinidade adequada possa ser usada, inclusive um aptâmero de ácidos nucleicos ou outra proteína ou molécula de ligação. Em algumas concretizações, os reagentes de preparo de amostra também incluem um agente detector 140a, 140b, tal como, por exemplo, um anticorpo 160a conjugado a um agente de sinalização 150a ou uma sonda de ácidos nucleicos marcada 160b ligada a um agente de sinalização 150b. Cada um dos agentes detectores 140 de várias concretizações inclui um agente de sinalização 150, tal como, por exemplo, uma enzima oxidante ou outra enzima de sinalização, metileno azul ou outra marca eletroquimicamente responsiva, ou uma marca fluorescente, tal como brometo de etídio, fluoresceína, proteína verde fluorescente ou outro fluoróforo.

[0074] Em concretizações que incluem agentes detectores 140, os vários reagentes listados acima podem hibridizar juntos para formar complexos sanduíche. Exemplos de complexos sanduíche 100a, 100b são ilustrados nas Figuras 1C e 1D. Cada complexo sanduíche compreende: (1) uma partícula magnética 120a, 120b com uma molécula de afinidade ligada à superfície 130a, 130b, (2) um analito almejado 110a, 110b e (3) um agente detector 140a, 140b. O complexo sanduíche exemplificativo 100a da Figura 1C utiliza anticorpos na forma de moléculas de afinidade, e o analito almejado é uma proteína ou molécula pequena de interesse. O complexo sanduíche exemplificativo 100b da Figura 1D utiliza sondas de ácidos nucleicos projetadas para capturar uma sequência específica de ácidos nucleicos.

[0075] Em várias concretizações, o agente de sinalização 150 é uma enzima oxidante, tal como, por exemplo, peroxidase de raiz-forte (HRP) ou peroxidase de soja. Nessas concretizações, a enzima provoca uma reação de oxidação em uma célula eletroquímica quando na presença de um substrato químico específico. Sendo assim, se o substrato específico flui sobre ou encontra de alguma outra forma a enzima oxidante ligada a um analito almejado e partícula magnética em uma célula eletroquímica, ocorre uma reação de oxidação. Nessas concretizações, elétrons são liberados de acordo a partir de um elétrodo de trabalho da célula eletroquímica para repor os elétrodos removidos do substrato pela enzima oxidante em uma quantidade proporcional à quantidade de analitos almejados presente. A liberação ou fluxo de elétrons resulta em uma corrente, que é detectável por um elétrodo, por exemplo, como uma mudança na corrente ou uma mudança na tensão elétrica.

[0076] Em outras concretizações, como a concretização representada pelos diagramas esquemáticos das Figuras 2A e 2B, os reagentes de preparo de amostra incluem ao menos uma população de partículas magnéticas 220, cada uma com uma molécula de afinidade 230 ligada à sua superfície. Em algumas dessas concretizações, um agente de ligação competitivo 240 e uma amostra contendo o analito almejado 210 são adicionados aos reagentes de preparo de amostra. O agente de ligação competitivo 240 de várias concretizações inclui um analito almejado pré-ligado 270, o qual vem pré-ligado a um agente de sinalização 250, por exemplo, qualquer um dos agentes de sinalização descritos acima. O analito almejado pré-ligado 270 pode ligar-se indiretamente ao agente de sinalização 250, por exemplo, através de um anticorpo, de uma sonda de ácidos nucleicos, de um aptâmero de ácidos nucleicos ou de outra molécula de afinidade 260. Em várias concretizações, o analito almejado não ligado 210 de uma amostra e o agente de ligação competitivo 240 competem entre si para ligar-se às moléculas de afinidade 230 nas partículas magnéticas 220. A quantidade de agentes de ligação competitivos 240 e agentes de sinalização 250 que se liga com êxito às partículas magnéticas 220 é inversamente proporcional à quantidade de analitos almejados não ligados 210 presente em uma amostra. Em concretizações em que o agente de sinalização 250 do agente de ligação competitivo 240 é uma enzima oxidante, ocorre uma reação de oxidação se um substrato específico flui sobre ou encontra de alguma outra forma as partículas magnéticas ligadas aos agentes de ligação competitivos 240 em uma célula eletroquímica. Elétrons são liberados de acordo a partir de um elétrodo de trabalho da célula eletroquímica para repor os elétrodos removidos do substrato pela enzima oxidante em uma quantidade inversamente proporcional à quantidade de analitos almejados presentes na amostra. A liberação ou fluxo de elétrons resulta em uma corrente, que é detectável por um elétrodo, por exemplo, como uma mudança na corrente ou uma mudança na tensão elétrica.

[0077] Em algumas concretizações contempladas neste documento, os reagentes de amostra incluem somente uma população de partículas magnéticas e uma população de agentes detectores ou agentes de ligação competitivos. Essas concretizações são feitas sob medida para a detecção de um único analito almejado de interesse.

[0078] Em outras concretizações, várias populações de partículas magnéticas e agentes detectores e/ou agentes de ligação competitivos são incluídas, cada população desenvolvida para ter sua própria afinidade. Nessas concretizações, cada população de partículas magnéticas possui uma molécula de afinidade exclusiva ligada à sua superfície e, portanto, cada população de partículas magnéticas é projetada para ligar-se a um analito almejado diferente. À semelhança, cada população de agentes detectores inclui uma molécula de afinidade exclusiva e, portanto, é projetada para ligar-se a um analito almejado diferente. Em concretizações que adotam a abordagem da ligação competitiva, cada população de agentes de ligação competitivos inclui um analito almejado pré-ligado diferente e, portanto, é projetada para competir com um analito almejado diferente. Essas concretizações permitem a detecção de vários analitos almejados.

[0079] Os versados na técnica perceberão que as possibilidades para formar os complexos ligados a partículas magnéticas são inúmeras e que todas essas possibilidades são contempladas neste documento. Por exemplo, os reagentes de preparo de amostra podem incluir um anticorpo marcado com biotina que se liga a uma parte do analito almejado. Em algumas concretizações, anticorpos e/ou ácidos nucleicos presentes entre os reagentes de preparo de amostra podem ser pré- biotinilados de tal modo que uma enzima de sinalização conjugada à estreptavidina possa ligar-se ao detector biotinilado para formar um complexo. Uma enzima de sinalização conjugada à estreptavidina desse tipo é a HRP. A combinação de marcação não se limita a biotina- estreptavidina. Qualquer esquema de marcação adequado funcionará. Em outro exemplo, várias enzimas HRP são conjugadas juntas a uma molécula comumente conhecida como uma molécula Poli-HRP a fim de intensificar a capacidade de geração de sinais do complexo sanduíche resultante.

[0080] Além dos componentes que formam os complexos ligados a partículas magnéticas, os reagentes de preparo de amostra de várias concretizações podem incluir um ou mais dentre: (a) agentes que facilitam a formação de complexos ligados a partículas magnéticas, tais como sais; (b) agentes que facilitam o acesso e a especificidade a analitos almejados, tais como detergentes e enzimas para a lise de bactérias e vírus ou corte de moléculas grandes ou nucleotídeos; (c) proteínas bloqueadoras para diminuir ligações não específicas; e (d) estabilizantes, tais como, por exemplo, trehalose, capazes de prolongar a vida de prateleira dos reagentes de preparo de amostra.

[0081] Em ao menos algumas concretizações dos reagentes de preparo de amostra, sais são necessários para aumentar a probabilidade de ligação. Por exemplo, algumas concretizações incluem solução salina tamponada com fosfato (PBS). Em outras concretizações, qualquer sal que não interfira na detecção eletroquímica pode ser incluído nos reagentes.

[0082] Proteínas bloqueadoras, tais como os familiares albumina do soro bovino, caseína, fibrinogênio ou outras proteínas bloqueadoras, podem ser incluídas para estabilizar os anticorpos, enzimas e/ou outras proteínas presentes entre os reagentes de preparo de amostra. Essas proteínas bloqueadoras também podem ajudar a prevenir a ligação não específica de enzimas de sinalização com as partículas magnéticas e com as paredes dos sistemas e dispositivos descritos em outras partes neste documento.

[0083] Além disso, no caso de concretizações que requerem a lise para acessar as moléculas ou ácidos nucleicos de interesse, é possível usar detergentes. Em várias concretizações, detergentes não iônicos, em vez de detergentes iônicos, são incluídos para prevenir a desnaturação da enzima de sinalização e/ou dos anticorpos. Os detergentes podem intensificar a lise de bactérias, mas também são úteis para lisar suavemente vários vírus, tais como o vírus influenza. Essa lise pode ser desejável para melhorar o acesso a analitos almejados, tais como as nucleoproteínas internas de um vírus. Além disso, em algumas concretizações, os reagentes de preparo de amostra incluem enzimas que intensificam a lise e reduzem a viscosidade durante a lise; esses reagentes podem ser necessários para o preparo de algumas amostras, por exemplo, amostras contendo bactérias como a E. coli. As enzimas que intensificam e facilitam a lise podem incluir lisozimas e DNAses que picam o DNA genômico liberado sem romper as sondas de ácidos nucleicos na superfície das partículas magnéticas.

[0084] Enzimas como RNAses ou DNAses, que seletivamente picam sequências de nucleotídeos maiores em sequências menores, podem ser úteis para gerar fragmentos menores com cinética de ligação favorável. Essas enzimas se fazem presentes nos reagentes de preparo de amostra de algumas concretizações. Outros componentes também podem ser incluídos nos reagentes de preparo de amostra. Por exemplo, um agente estabilizante, tal como a trehalose, pode se fazer presente; esses agentes estabilizantes ajudam a proteger certas proteínas contra a oxidação e, portanto, aumentam a vida de prateleira dos reagentes, principalmente em temperatura ambiente.

[0085] Várias concretizações de sistemas descritos neste documento destinam-se a criar um ambiente auto-suficiente onde qualquer uma das reações químicas descritas acima pode ocorrer de maneira automatizada total ou substancialmente sem intervenção humana. Por exemplo, em alguns modelos descritos neste documento, uma ou mais das reações químicas descritas acima avançam sem nenhuma necessidade de que o operador adicione ou remova reagentes do sistema. Em certas concretizações, os sistemas são fechados para que riscos biológicos, como o risco de derramar a amostra colhida de uma prova, sejam minimizados. Em várias concretizações, esses sistemas incluem ao menos um dispositivo de coleta de amostra, um dispositivo de cartucho e um dispositivo leitor. Algumas concretizações exemplificativas desses dispositivos são descritas em detalhes abaixo.

O Dispositivo de Coleta de Amostra

[0086] O dispositivo de coleta de amostra de várias concretizações é configurado para colher uma amostra de uma prova. Os dispositivos de coleta de amostra podem ser configurados para colher células e outros materiais biológicos de qualquer região ou localização desejada, por exemplo, do lado de dentro da bochecha, da garganta, de uma fossa nasal, de um ouvido, da urina, do sangue ou de outra parte do corpo. Um dispositivo de coleta de amostra exemplificativo inclui uma unidade que absorve uma gotícula de sangue ou urina para um pequeno canal capilar. Em outras concretizações, o dispositivo de coleta de amostra pode ser configurado para colher material biológico, particulados ou outras substâncias químicas do ambiente, tal como, por exemplo, do ar ou da água, ou de uma superfície física ou outra estrutura.

[0087] O dispositivo de coleta de amostra de várias concretizações tem formato e dimensões tais para colher uma amostra grande o suficiente de um local apropriado de uma prova de tal modo que seja possível usar os outros dispositivos descritos abaixo para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de um analito almejado na prova. Por exemplo, no caso de alguns analitos almejados, tais como os associados aos vírus da gripe e do resfriado, o dispositivo de coleta de amostra pode ser uma zaragatoa para introdução na narina; a zaragatoa tem dimensões e formato tais para colher uma quantidade de amostra da fossa nasal de uma pessoa suficiente para permitir a detecção de analitos almejados associados aos vírus da gripe ou do resfriado, se presente no indivíduo. No caso de outros analitos almejados, tais como, por exemplo, associados à faringite séptica, o dispositivo de coleta de amostra pode ser uma zaragatoa de garganta para juntar células suficientes da garganta de um indivíduo. Em outro exemplo, o dispositivo de coleta de amostra apropriado para colher um analito almejado associado ao HIV pode compreender uma lanceta para coleta de sangue. Em outro exemplo, um dispositivo de coleta de amostra configurado para colher urina pode ser apropriado para colher analitos almejados para vários testes, inclusive, por exemplo, testes para acompanhar os níveis de testosterona, os níveis de fármaco, os níveis de vitamina e/ou a fertilidade.

[0088] Uma dessas concretizações de dispositivo de coleta de amostra é ilustrada nas Figuras de 3A a 3D. O dispositivo de coleta de amostra 300 é configurado para colher uma pequena quantidade de urina de uma prova. O dispositivo de coleta de amostra 300 possui uma haste 310, uma cabeça de coleta 320, uma ponta 330 e uma área de coleta 340, a área de coleta 340 incluindo um tubo capilar. A haste de algumas concretizações é longa para facilitar uma coleta fácil e higiênica, com a mão do coletor distante do sítio de coleta. A cabeça de coleta 320 com uma ponta 330 é ilustrada à parte nas Figuras 3C e 3D. Em algumas concretizações, a cabeça de coleta 320 é combinada a uma haste com um ou mais dos elementos descritos em mais detalhes abaixo, tais como, por exemplo, uma rosca complementar ou um mecanismo de travamento e/ou mecanismo de vedação para engate com um dispositivo de cartucho.

[0089] Outra concretização de um dispositivo de coleta de amostra 400 é ilustrada nas Figuras 4A e 4B. O dispositivo de coleta de amostra 400 ilustrado é uma zaragatoa nasal configurada para colher material biológico de uma fossa nasal. O dispositivo de coleta de amostra 400 tem uma haste 410, uma cabeça de coleta 420 e uma ponta 430. Em algumas concretizações, a ponta 430 é arredondada; em outras, qualquer formato de ponta cega ou substancialmente cega pode ser usado. Em várias concretizações, a haste 410 é alongada para encaixar no nariz de uma pessoa, e a cabeça de coleta 420 é configurada para ser esfregada suavemente contra uma parede interna do nariz a fim de coletar fluido, células e outros materiais biológicos presentes no nariz. Em algumas concretizações, a haste 410 e a cabeça de coleta 420 são feitas da mesmo material; em outras concretizações, elas são feitas de materiais diferentes. Em algumas concretizações, tanto a haste 410 quanto a cabeça de coleta 420 são feitas de um plástico. Em algumas concretizações, o dispositivo de coleta de amostra 400 é pré-embalado em uma embalagem estéril e configurado para ser usado uma única vez.

[0090] Em algumas concretizações, a ponta 430 do dispositivo de coleta de amostra 400 é cega e não possui nenhuma borda pontiaguda; o modelo cego diminui o risco de machucar os usuários com o dispositivo de coleta de amostra. Além disso, as vantagens de uma ponta cega 430 são explicadas em mais detalhes abaixo na discussão sobre o dispositivo de cartucho. O dispositivo de coleta de amostra 400 de várias concretizações é configurado para a introdução total ou parcial no referido dispositivo de cartucho.

[0091] Em várias concretizações do dispositivo de coleta de amostra, inclusive o dispositivo de coleta de amostra 400 das Figuras 4A e 4B, o dispositivo inclui vários componentes funcionais. Esses componentes funcionais são representados esquematicamente no diagrama em blocos da Figura 5. Como esses componentes são descritos funcionalmente, os versados na técnica perceberão que eles podem assumir muitas formas físicas. Todas as formas físicas adequadas são contempladas neste documento e incorporadas a ele. Conforme ilustrado, em várias concretizações, o dispositivo de coleta de amostra 500 inclui um ou mais dentre: uma zona de coleta 510, para coletar a amostra e armazená-la para administração a um reservatório dentro de um dispositivo de cartucho; uma zona de vedação 520, para facilitar a formação de uma vedação estanque a líquido entre o dispositivo de coleta de amostra 500 e um dispositivo de cartucho quando da introdução do dispositivo de coleta de amostra 500 no dispositivo de cartucho; uma zona de travamento 530, para facilitar o engate fixo entre o dispositivo de coleta de amostra 500 e o dispositivo de cartucho de tal modo que, quando da introdução do dispositivo de coleta de amostra 500 no dispositivo de cartucho, o dispositivo de coleta conecte- se de maneira irreversível e imóvel ao cartucho; e uma zona de manuseio 540, para o usuário agarrar e manipular o dispositivo de coleta de amostra. Em algumas concretizações, a zona de coleta 510 também é construída e configurada para partir uma membrana dentro do dispositivo de cartucho a fim de obter acesso a um reservatório dentro do dispositivo de cartucho. Em algumas concretizações, a zona de manuseio 540 é rompível ou de alguma outra forma removível do restante do dispositivo de coleta de amostra 500 após a introdução do referido restante do dispositivo de coleta de amostra 500 no dispositivo de cartucho.

[0092] Uma concretização de um dispositivo de coleta de amostra 600 com as zonas funcionais proeminentemente exibidas é ilustrada na Figura 6. Conforme ilustrado, o dispositivo de coleta de amostra 600 inclui um punho 640 para segurar o dispositivo 600, um elemento de travamento 630 para prender o dispositivo 600 em um cartucho, um elemento de vedação 620 para formar uma vedação estanque a líquido com um túnel interno no cartucho, e um elemento de coleta 610 para colher e armazenar temporariamente a amostra.

O Dispositivo de Cartucho

[0093] Em várias concretizações, um cartucho é composto por um alojamento, que define um espaço fechado e possui vários elementos que permitem que o cartucho faça um ou mais dentre o seguinte: receber uma amostra com analitos almejados a partir de um dispositivo de coleta de amostra, armazenar a amostra junto com reagentes de preparo de amostra, prover um espaço para misturar e hibridizar os analitos almejados aos reagentes de preparo de amostra, prover uma zona de análise onde os analitos almejados hibridizados são localizados sobre sensores para detecção, prover um meio líquido para transportar os analitos almejados hibridizados até a zona de análise, armazenar e prover um substrato capaz de sofrer uma reação detectável quando apresentado aos analitos almejados hibridizados, prover um meio líquido para transportar o substrato aos analitos almejados hibridizados na zona de análise, e prover uma zona de coleta de rejeitos onde são armazenados rejeitos.

[0094] Em várias concretizações, o cartucho é um sistema substancialmente fechado onde ocorrem as reações necessárias para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de analitos almejados. Diz-se que o cartucho dessas concretizações é "substancialmente fechado" porque as únicas entradas necessárias no sistema de cartucho são uma ou mais das seguintes: uma amostra de uma prova, energia para facilitar a mistura e hibridização e força magnética para facilitar o posicionamento dos analitos almejados hibridizados dentro de uma zona de análise; as únicas saídas do cartucho são sinais elétricos. Em várias concretizações, o cartucho é específico aos analitos almejados com os reagentes de preparo de amostra incluídos selecionados para detectar um ou mais analitos almejados específicos. Diferentes tipos de cartucho incluem diferentes reagentes destinados a identificar diferentes analitos almejados.

[0095] Uma concretização de um cartucho 700 é ilustrada nas Figuras 7A e 7B. Mais especificamente, a Figura 7A ilustra vários exemplos não exaustivos de componentes de um cartucho 700 interligados em uma configuração fixa; a Figura 7B ilustra os mesmos componentes separados, antes da montagem, a fim de destacar os vários elementos do cartucho 700. Conforme ilustrado, o cartucho 700 de várias concretizações inclui um alojamento 710 composto por um componente de tampa 720, um componente interno 730 e um componente de base

740. Quando da montagem, esses componentes são interligados para formar uma estrutura fixa com um túnel de entrada 712, vários reservatórios 722 e um canal de análise 732. Em algumas concretizações, esses componentes são feitos de um plástico rígido ou outro material substancialmente rígido.

[0096] Os vários componentes de uma concretização de cartucho semelhante e a orientação dos componentes em relação uns aos outros também são ilustrados na vista explodida da Figura 8. Conforme ilustrado, quando da montagem da concretização ilustrada, o componente de tampa 820 é disposto de um primeiro lado do componente interno 830, e o componente de base 840 é disposto de um segundo lado do componente interno 830. Um componente de placa de circuito 850 é posicionado entre o componente interno 830 e o componente de base 840 e ligado ao componente interno 830, por exemplo, por uma camada de adesivo 860. Juntos, os elementos do componente de tampa 820 e do primeiro lado do componente interno 830 definem o túnel interno 812 e vários reservatórios 822, e os elementos do segundo lado do componente interno 830 e da placa de circuito 850 definem um canal de análise 832.

[0097] Os vários componentes de outra concretização do cartucho e a montagem desses componentes são ilustrados nas vistas em perspectiva explodida, semi-explodida e não explodida das Figuras 9A a 9C, respectivamente. Conforme ilustrado, durante a montagem do cartucho 900, o primeiro componente de tampa 920 é disposto lateralmente ao componente interno 930, e o segundo componente de tampa 940 é disposto no lado lateral oposto do componente interno

930. Um componente de placa de circuito 950 é ligado ao componente interno 930, por exemplo, a um lado inferior do componente interno 930 usando uma camada de adesivo. Nessas concretizações, o componente interno 930 e o componente de placa de circuito 950 são posicionados juntos entre o primeiro componente de tampa 920 e o segundo componente de tampa 940. Juntos, os elementos do primeiro componente de tampa 920 e do componente interno 930 definem um túnel de entrada 912, e os elementos do lado inferior do componente interno 930 e da placa de circuito 950 definem um canal de análise

932. Em algumas concretizações, o componente interno 930 define vários reservatórios. Em algumas dessas concretizações, cada reservatório é uma cavidade que foi gravada, causticada, entalhada, cortada ou formada de alguma outra forma em uma parte que define um reservatório 922 do componente interno. Em algumas concretizações, o lado aberto de cada reservatório é coberto com uma membrana permeável a gás/impermeável a líquido.

[0098] De volta à concretização do cartucho 800 da Figura 8, vários elementos do componente interno 830 também são ilustrados na vista superior e na vista parcial em perspectiva das Figuras 10A e 10B. Nas vistas ilustradas, o túnel de entrada 812 conduz a um primeiro reservatório 824 no cartucho 800. Um segundo reservatório 828 e terceiro reservatório 826 também são incluídos junto ao primeiro reservatório 824. Cada um dos vários reservatórios 824, 826, 828 possui uma saída correspondente próxima a uma parte inferior do reservatório, a qual se abre para o canal de análise microfluídico 832.

[0099] Os versados na técnica perceberão que, embora sejam ilustrados três reservatórios, em várias concretizações, os vários reservatórios podem incluir dois reservatórios ou quatro ou mais reservatórios e podem adotar configurações espaciais alternativas. Toda e qualquer configuração espacial possível é contemplada e incorpora-se expressamente ao presente documento. Um exemplo de outra configuração espacial possível é dado nas Figuras de 11A a 11C. As Figuras de 11A a 11C ilustram o componente interno 1130 e o componente de placa de circuito 1150 de uma concretização do cartucho com os componentes externos do alojamento removidos. Na concretização ilustrada, os reservatórios 1122 são orientados na forma de uma folha de trevo em torno de um canal de análise 1132. Assim como em outras concretizações, o túnel de entrada 1112 estende-se de uma abertura 1102 do cartucho a um primeiro reservatório 1124, e o canal de análise 1132 é definido por paredes do componente interno 1130 e uma parede do componente de placa de circuito 1150. Além disso, cada reservatório 1122 inclui uma saída 1123, a qual conecta o reservatório 1122 ao canal de análise 1132, e o canal de análise 1132 estende-se do reservatório 1122 a uma almofada absorvente 1136. Na concretização ilustrada, sensores 1158 no componente de placa de circuito 1150 são posicionados dentro do canal de análise 1132. Além disso, na concretização ilustrada, é incluído um elemento sonicador 1121, o qual é posicionado de modo a compor toda a superfície inferior do primeiro reservatório 1124 ou parte dela.

[0100] Em várias concretizações do dispositivo de cartucho e dispositivo de coleta de amostra, tal como, por exemplo, em todas as concretizações descritas acima, o túnel de entrada do cartucho é configurado para receber todo o dispositivo de coleta de amostra ou parte dele. Um exemplo é ilustrado nas Figuras 11A e 11B usando o cartucho 800 da Figura 8 e o dispositivo de coleta de amostra 300 da Figura 4. Conforme ilustrado, o túnel de entrada 812 do cartucho 800 tem tamanho e formato tais para receber todo o dispositivo de coleta de amostra 400 ou parte dele. Em certas concretizações, a entrada de uma amostra coletada ocorre avançando todo o dispositivo de coleta de amostra 400 ou parte dele dentro do cartucho 800. Por exemplo, nas Figuras 11A e 11B, o dispositivo de coleta de amostra 400 é deslizado, tampa 430 na frente, dentro do túnel de entrada 822. O dispositivo de coleta de amostra 400 é deslizado dentro do túnel de entrada 822 até que toda a sua cabeça 420, ou parte dela, seja disposta dentro do primeiro reservatório 824.

[0101] Em algumas concretizações, antes de inserir o dispositivo de coleta de amostra 400 no cartucho 800, uma membrana interna é disposta dentro do túnel de entrada ou entre o túnel de entrada e o primeiro reservatório. Uma concretização de uma membrana interna 823 é visível na Figura 10A. Embora a membrana interna seja mais visível na Figura 10A, contempla-se que toda e qualquer concretização do cartucho dada neste documento também possa incluir uma membrana interna. Conforme ilustrado, a membrana interna 823 cobre ao menos toda a área transversal do túnel de entrada 812 na via de entrada para o primeiro reservatório 824 ou perto desta. A membrana interna 823 de algumas concretizações tem duas paredes e contém certo volume de líquido entre elas. O líquido da membrana facilita a suspensão da amostra a partir do dispositivo de coleta de amostra 400 e ajuda a transportar as partículas da amostra ao primeiro reservatório

824. Em concretizações que usam o método de detecção com agente competitivo descrito acima, a membrana interna 823 também armazena os agentes de ligação competitivos. Em várias concretizações, a introdução do dispositivo de coleta de amostra 400 no túnel de entrada 812 rompe a membrana de entrada 823, liberando assim o líquido armazenado, quaisquer reagentes armazenados e as partículas de amostra coletadas ao primeiro reservatório 824. Em outras concretizações, conforme descrito abaixo com referência às Figuras 13A e 13B, a membrana interna 823 do cartucho 800 é uma membrana fina e de parede simples. Em algumas dessas concretizações, uma ou mais moléculas são armazenadas secas dentro da membrana.

[0102] Outra configuração para a membrana interna é ilustrada nas Figuras 13A e 13B. As Figuras 13A e 13B representam esquematicamente uma vista superior e uma vista em perspectiva de um primeiro reservatório 1324 (à semelhança do primeiro reservatório 724 ou 824) ilustrado à parte, removido do restante do cartucho a fim de destacar o posicionamento da membrana interna 1323. Na concretização ilustrada, a membrana interna 1323 é disposta em uma parede externa do primeiro reservatório 1324. A referida membrana 1323 ficaria dentro do túnel de entrada ou dentro de um espaço entre o túnel de entrada e o primeiro reservatório 1324. A membrana interna 1323 bloqueia a entrada para uma abertura de entrada de amostra 1321, impedindo assim o líquido armazenado no primeiro reservatório

1324 de vazar do reservatório, por exemplo, ao túnel de entrada. Nessas concretizações, a membrana interna 1323 armazena a seco várias moléculas 1319, tais como, por exemplo, agentes de ligação competitivos ou agentes de sinalização, conforme ilustra a Figura 1 em

150.

[0103] Em várias concretizações do túnel de entrada, o túnel de entrada inclui vários componentes funcionais complementares a zonas e elementos funcionais do dispositivo de coleta de amostra de várias concretizações. Esses componentes funcionais são representados esquematicamente no diagrama em blocos da Figura 14. Como esses componentes são descritos funcionalmente, os versados na técnica perceberão que os componentes podem assumir muitas formas físicas. Todas as formas físicas adequadas são contempladas neste documento e incorporadas a ele. Conforme ilustrado, em várias concretizações, o túnel de entrada 1400 inclui um ou mais dentre: uma zona da porta de entrada 1410, que proporciona uma entrada através da qual o dispositivo de coleta de amostra pode entrar no túnel; uma zona de orientação 1420, para guiar o dispositivo de coleta ao longo de um eixo rumo ao primeiro reservatório e restringir qualquer movimento fora desse eixo; uma zona de travamento 1430, com elementos mecânicos que complementam a zona de travamento no dispositivo de coleta de amostra a fim de formar um acoplamento seguro e fixo entre os dois dispositivos; uma zona de vedação 1440, com elementos mecânicos que complementam a zona de vedação no dispositivo de coleta de amostra a fim de formar uma vedação estanque a líquido entre as duas estruturas; e uma zona de membrana 1450, onde é fixada uma membrana para impedir o vazamento a partir do primeiro reservatório. O primeiro reservatório 1460 também é incluído porque pode formar a extremidade distal do túnel de entrada 1400.

[0104] Uma concretização de um túnel de entrada 1500 com as zonas funcionais exibidas proeminentemente é ilustrada nas Figuras de 15A a 15C. Conforme ilustrado, o túnel de entrada 1500 é definido, ao menos em parte, pelo componente interno 1501. O túnel de entrada 1500 inclui: uma abertura 1510, através da qual o dispositivo de coleta de amostra entra no túnel 1500; uma parte alongada 1520, para direcionar o dispositivo de coleta ao longo de um eixo rumo a um primeiro reservatório, a parte alongada 1520 tendo um diâmetro tal que restringe o deslocamento lateral do dispositivo de coleta de amostra; uma zona de travamento 1530, com elementos mecânicos que complementam o dispositivo de coleta de amostra e ligam-se fixamente ao dispositivo de coleta de amostra; uma zona de vedação 1540, com diâmetro mais estreito, uma gaxeta e/ou outro elemento mecânico para ajudar a formar uma vedação estanque a líquido entre o túnel interno 1500 e o dispositivo de coleta de amostra; e uma membrana 1550. Também são visíveis vários reservatórios 1560. Um respiradouro 1570 também é incluído dentro do túnel de entrada 1500 para permitir o deslocamento de ar, que, do contrário, geraria uma pressão resistente à entrada do dispositivo de coleta no túnel 1500.

[0105] Conforme mencionado acima, várias concretizações do cartucho incluem uma membrana que impede o líquido de vazar do primeiro reservatório ao túnel de entrada antes da introdução de um dispositivo de coleta de amostra. Nessas concretizações, o dispositivo de coleta de amostra rompe a membrana interna à medida que avança ao primeiro reservatório. Em certas concretizações, dois eventos acontecem no mesmo instante, ou substancialmente no mesmo instante, em que o dispositivo de coleta de amostra força a membrana a seu ponto de ruptura: (1) um elemento flexível, tal como, por exemplo, uma gaxeta de borracha ou uma gaxeta de qualquer material adequado na base da cabeça de coleta posiciona-se para formar uma vedação estanque a líquido junto com os traços estruturais do alojamento que circundam a membrana, e (2) a haste do dispositivo de coleta de amostra avança a um local onde trava no lugar dentro do túnel de entrada do cartucho. O travamento pode ser obtido, por exemplo, providenciando-se ranhuras e protuberâncias complementares, ranhuras e dentes complementares ou outros elementos complementares entre a haste do dispositivo de coleta de amostra e o túnel de entrada circundante. Ao assumir em uma configuração estruturalmente engatada fixa dentro do túnel de entrada, o dispositivo de coleta de amostra de várias concretizações é capaz de se manter no lugar e resistir à pressão exercida sobre a cabeça de coleta durante a ruptura da membrana. Em aditamento ou como alternativa, essa configuração melhora o descarte conveniente do cartucho após o uso porque impede o usuário de abrir o cartucho por acidente, impedindo assim a exposição aos componentes potencialmente de risco biológico do cartucho.

[0106] As Figuras de 16A a 16C ilustram um exemplo de dispositivo de coleta de amostra em engate travado dentro da concretização do túnel de entrada das Figuras de 15A a 15C. No exemplo ilustrado, o dispositivo de coleta de amostra é o dispositivo de coleta de amostra 600 da Figura 6. Conforme ilustra a Figura 16B, na posição travada, os elementos complementares 630, 1530 na haste do dispositivo de coleta de amostra 600 e no túnel de entrada circundante 1500 engatam-se e, conforme ilustra a Figura 16C, na posição travada, a membrana 1550 rompe e um mecanismo de vedação 1540 no dispositivo de coleta 1500 forma uma vedação junto a uma região de vedação 620 do túnel de entrada 600. Na concretização ilustrada, a região de vedação 1540 do túnel de entrada 1500 inclui uma região do túnel de diâmetro estreitado e a região de vedação 620 do dispositivo de coleta inclui uma gaxeta.

[0107] Voltando às Figuras 12A e 12B, em outro exemplo, durante a introdução do dispositivo de coleta de amostra 400 no cartucho 800, o dispositivo de coleta de amostra 400 rompe a membrana interna 823 enquanto avança ao primeiro reservatório 824. Em várias concretizações, a ponta 430 do dispositivo de coleta de amostra 400 é cega para garantir que a membrana interna 823 deforme-se e, então, rompa-se em um ponto de ruptura controlado em vez de ser imediatamente perfurada pela ponta 430.

[0108] A fim de obter uma membrana interna, tal como, por exemplo, a membrana interna 823, com as características de ruptura desejadas e o ponto de ruptura desejado, em várias concretizações, a membrana interna é feita de um material selecionado cuidadosamente para ter um módulo de elasticidade, ponto de cedência e/ou ponto de ruptura desejados. O módulo de elasticidade é uma constante que caracteriza o grau de elasticidade de um material e pode ser usado para determinar o máximo que a membrana pode esticar e ainda assim voltar ao formato original. Esse ponto é chamado de ponto de cedência. Além do ponto de cedência, o material demonstra plasticidade, sofrendo deformação irreversível. Além do ponto de cedência existe outro ponto crítico chamado ponto de ruptura. O ponto de ruptura é quando a membrana falha ou rompe. O módulo de elasticidade específico desejado para uma concretização varia de acordo com o tamanho e formato da ponta do dispositivo de coleta de amostra, a qual exerce pressão contra a membrana interna. O material selecionado da membrana pode incluir, por exemplo: poliuretano, polissilicone e polibutadieno, nitrila ou outro material elástico ou compósito desses. Outros materiais adequados para a membrana deformável incluem, por exemplo, parafilme, látex, folha metálica e tereftalato de polietileno.

[0109] Em várias concretizações, o tamanho da cabeça de coleta 420, o formato da ponta 430, o ponto de ruptura do material da membrana interna e a localização dos elementos de travamento complementares são selecionados levando-se em conta os demais.

[0110] Em uma concretização, os elementos de travamento complementares incluem entalhes positivos (isto é, cumes ou outras protuberâncias) posicionados radialmente no túnel de entrada e entalhes negativos ou outras depressões complementares posicionadas radialmente na haste do dispositivo de coleta de amostra. O posicionamento radial permite a introdução do dispositivo de coleta de amostra 400 no túnel de entrada 812 independentemente da orientação radial do dispositivo de coleta de amostra 400. Em outras concretizações, um ou mais elementos de engate complementar não radiais podem ser incluídos. Em algumas concretizações, os elementos de engate são construídos de tal modo que, quando os elementos de engate na haste 410 deslocarem-se contra os elementos de engate no túnel de entrada 812, um ou ambos os elementos de engate sejam reversivelmente comprimidos ou retraídos, retornando a suas posições iniciais quando a haste 410 entrar no local do engate fixo. Essa estrutura impede qualquer novo movimento lateral adiante ou reverso por parte do dispositivo de coleta de amostra 400. Essa estrutura proporciona uma confirmação tátil ao usuário de que o dispositivo de coleta de amostra foi inserido total e corretamente; além disso, a trava bidirecional dá suporte estrutural ao mecanismo ruptura/vedação. Ao impedir remoções intencionais e acidentais do dispositivo de coleta de amostra 400 a partir do cartucho 800, o risco de contato com a amostra é minimizado. Logo, o risco biológico é minimizado. Essa estrutura permite o fácil descarte do sistema em uma lixeira normal.

[0111] Dentro do cartucho 800, o túnel de entrada 812 de algumas concretizações estende-se de uma abertura em uma superfície do cartucho 800 a um primeiro reservatório 824. Na concretização ilustrada, os vários reservatórios incluem um primeiro reservatório 824, um segundo reservatório 828 e um terceiro reservatório 826. Em outras concretizações, só dois ou quatro ou mais reservatórios podem se fazer presentes. Cada um desses reservatórios 822 é separado dos demais e nenhuma mistura cruzada de seus conteúdos acontece dentro dos reservatórios. Como se pode ver nas vistas superior e em perspectiva das Figuras 10A e 10B, cada um dos vários reservatórios 822 está, ao menos às vezes, em conexão fluida com um canal de análise microfluídico 832 através de uma saída do reservatório. Em certas concretizações, o "piso" de base ou superfície interna inferior de cada reservatório não é plano, mas, em vez disso, inclinado para baixo rumo à saída, com a interseção entre o reservatório e o canal de análise 832 localizada na altura mais baixa ou profundidade mais profunda. Essas concretizações ajudam a incentivar o fluxo do conteúdo de todos os reservatórios ao canal de análise 832, minimizando assim o volume morto. Em várias concretizações, a saída de cada reservatório possui uma válvula disposta nela (tal como, por exemplo, válvulas 825, 827 e 829), a qual veda completamente a saída e impede o líquido de fluir dos reservatórios ao canal de análise 832 antes do uso. Em uso, de acordo com um método descrito em mais detalhes baixo, as várias válvulas podem se abrir de maneira temporizada para que o conteúdo de cada um dos vários reservatórios 822 flua em sequência ao canal de análise

832.

[0112] Na concretização ilustrada, o primeiro reservatório 824 é mais a jusante e mais próximo do canal de entrada 822. Isso é intencional para que, quando da introdução do dispositivo de coleta de amostra 400, a cabeça 420 entre no primeiro reservatório. O primeiro reservatório 824 é preenchido ao menos em parte com os reagentes de preparo de amostra descritos acima e um primeiro líquido. Neste relatório descritivo, os termos "primeiro reservatório" e "reservatório de preparo de amostra" podem ser usados intercambiavelmente. Em várias concretizações, quando o dispositivo de coleta de amostra 400 entra no primeiro reservatório 824, o primeiro reservatório 824 torna-se adicionalmente preenchido com partículas da amostra, inclusive um ou mais analitos almejados, se presentes na amostra. Ademais, em várias concretizações, quando o dispositivo de coleta de amostra 400 entra no primeiro reservatório 824, o líquido é misturado suavemente para suspender e hibridizar as partículas dentro do reservatório. Em algumas concretizações, os analitos almejados na amostra hibridizam e ligam-se, ao menos em parte, às partículas magnéticas e moléculas de afinidade presentes entre os reagentes de preparo de amostra, formando assim complexos ligados a partículas magnéticas. Quando a primeira válvula abre, o líquido advindo do primeiro reservatório 824 atua como meio de transporte, fazendo com que os complexos ligados a partículas magnéticas e outras partículas fluam do primeiro reservatório 824 ao canal de análise 832. Vantajosamente, o líquido que atua como meio de mistura e meio de armazenamento no primeiro reservatório 824 também atua como meio de fluxo para transportar o conteúdo do primeiro reservatório 824 a uma zona de análise dentro do canal de análise 832 sem necessidade de bombeamento.

[0113] O segundo reservatório 828, presente em algumas, mas não em todas as concretizações, é preenchido ao menos em parte com uma solução de lavagem. O termo “segundo”, conforme usado neste documento, refere-se à ordem em que a solução do reservatório é liberada no canal de análise 832 e não à posição do reservatório dentro do cartucho 800. O segundo reservatório 828 é localizado mais a montante em várias concretizações. Nessas concretizações, quando uma segunda válvula 829 correspondente abre, a solução de lavagem flui do segundo reservatório 828 ao canal de análise 832, removendo assim todos ou substancialmente todos os agentes detectores não ligados e/ou agentes de ligação competitivos não ligados do canal de análise

832. A localização da solução de lavagem mais a montante no reservatório garante que todas as moléculas não ligadas flutuando livremente advindas do reservatório de preparo de amostra 824 sejam lavadas do canal de análise 832 e diminui o risco de que qualquer ligação não específica importante aconteça dentro da zona de análise do canal de análise 832.

[0114] O terceiro reservatório 826 é localizado a montante do primeiro reservatório 824, por exemplo, entre os reservatórios primeiro 824 e segundo 828. O terceiro reservatório 826 é preenchido ao menos em parte com um substrato químico em solução. Em várias concretizações, a solução do terceiro reservatório 826 inclui um substrato que sofre reação na presença de um agente de sinalização advindo do primeiro reservatório 824. Por exemplo, em algumas concretizações, o substrato do terceiro reservatório 826 sofre reação de oxidação na presença de uma enzima oxidante advinda do primeiro reservatório 824. Em várias concretizações, quando a terceira válvula 827 abre, o líquido do terceiro reservatório 826 atua como meio de transporte, fazendo com que o substrato químico flua do terceiro reservatório 826 ao canal de análise

832.

[0115] Em várias concretizações, o líquido flui a partir de cada um dos vários reservatórios 822 ao canal de análise 832 e continua fluindo no sentido a montante dentro do canal de análise em decorrência da ação capilar. Em certas concretizações, é incluído um respiradouro em cada reservatório para permitir que o ar substitua o líquido esvaziado de cada reservatório ao canal de análise. Sem a ventilação adequada, o fluido pode não fluir dentro do cartucho. Em algumas concretizações, o respiradouro é formado posicionando uma membrana permeável a ar, tal como, por exemplo, uma membrana de PTFE, sobre os vários reservatórios. Em algumas dessas concretizações, ao menos algumas partes do componente de tampa do alojamento do cartucho são feitas de PTFE; em outras concretizações, é possível incluir uma abertura no componente de tampa sobre os reservatórios, abertura essa vedada com uma membrana de PTFE. Vantajosamente, uma membrana, tal como uma membrana de PTFE permeável a ar, mas não permeável a líquido, serve como um meio para vedar o topo de cada reservatório a fim de impedir o vazamento de líquido e, ao mesmo tempo, permitir que o líquido deixe o reservatório para o canal de análise. Além disso, um ou mais respiradouros 835, 936 podem ser incluídos ao longo de todo o canal de análise, ou parte dele, a fim de permitir que o ar deslocado dê vazão à medida que o líquido flui ao canal. As bolhas costumam ser um problema nos sistemas microfluídicos. Esse problema é combatido em algumas concretizações com o posicionamento estratégico dos respiradouros, o que permite a desgaseificação passiva das bolhas. Por exemplo, em algumas concretizações, todo ou parte do lado superior do canal microfluídico (dentro do componente interno do cartucho) é substituído por uma membrana de PTFE ou outra membrana permeável a ar. Nessas concretizações, a membrana forma o teto da maior parte do canal. O tamanho dos poros da membrana pode variar e pode ser selecionado para incluir poros de 0,1 mícron a 3 micra de diâmetro. Em algumas dessas concretizações, a membrana é vedada sobre o canal e/ou os reservatórios com adesivo.

[0116] A ligação de uma membrana permeável a ar dentro do cartucho durante a montagem pode ser realizada usando qualquer processo de fabricação adequado. Em algumas concretizações, o adesivo é aplicado a um lado inferior da membrana, e a membrana é presa como uma fita a uma parede inferior do canal de análise; a parede inferior do canal é composta por uma superfície do componente de placa de circuito. Em seguida, aplica-se vácuo forçando o ar através de um ou mais respiradouros; o vácuo ergue a membrana de tal modo que uma região adesiva da membrana faça contato com as paredes laterais do canal de análise, formando assim uma vedação adesiva. Na prática, a membrana será sugada no lugar e ligada às paredes laterais do canal de análise pelo uso de vácuo aplicado e adesivo.

[0117] Para facilitar o fluxo capilar no canal de análise, em várias concretizações, as superfícies internas do canal são construídas para ser hidrófilas. Conforme usado neste documento, "hidrófilo" refere-se à afinidade de uma superfície e/ou molécula por maximizar sua área de contato com a água. Uma superfície hidrófila é tal que o ângulo de contato com uma gotícula de água seja menor que 90 graus. Em algumas concretizações descritas neste documento, são obtidas superfícies com uma área de contato menor que 60 graus. Conforme usado neste documento, "fluxo capilar" ou "ação capilar" referem-se ao movimento do fluido ao longo de um canal fluídico regido por ao menos duas propriedades físicas do fluido e do canal. As propriedades físicas incluem: adesão hidrófila das moléculas do fluido em contato com superfícies do canal, e forças coesivas intermoleculares dentro do corpo de líquido que ajudam a forçar a maior parte do fluido avante à medida que as moléculas mais próximas às superfícies hidrófilas do canal propagam-se ao longo da superfície do canal.

[0118] Em várias concretizações, o canal de análise é definido por duas ou mais paredes, e algumas ou todas essas superfícies são construídas para ser hidrófilas. Em algumas concretizações, o canal de análise inclui uma primeira parede semi-circular na forma do componente interno do cartucho e uma segunda parede formada por uma superfície do componente de placa de circuito do cartucho. Em outras concretizações, tais como, por exemplo, a concretização ilustrada na vista em corte transversal de um canal de análise da Figura 17A, as paredes do canal de análise 1732 incluem três paredes que são gravadas, causticadas ou formadas de alguma outra forma no componente interno 1730 do cartucho e a quarta parede é formada por uma superfície do componente de placa de circuito 1750.

[0119] Vários materiais ou modificações químicas à superfície podem ser usados para criar um canal de análise com paredes hidrófilas. Por exemplo, o componente interno 1730 e as paredes do canal de análise formadas pelo componente interno 1730 podem ser feitos de uma resina termoplástica, conforme ilustra a Figura 17A. Uma concretização desse tipo também é ilustrada na Figura 17B; nela, uma camada adesiva

1760 também é ilustrada ligando o componente interno 1730 ao componente de placa e circuito 1750 para formar o canal de análise

1732. Em outro exemplo, tal como, por exemplo, na concretização ilustrada na Figura 17C, uma ou mais superfícies do componente interno 1730, inclusive as superfícies que formam as paredes do canal de análise 1732, são submetidas a peguilação mediada por tratamento com plasma para ativar as superfícies de tal modo que o polietilneo glicol (PEG) ligue-se a elas, formando assim uma superfície modificada resistente a proteínas e hidrófila 1731. Além disso, em algumas concretizações, uma membrana do tipo de fluxo lateral disponível para comercialização pode ser disposta dentro do canal interno para proporcionar um material capilar dentro do canal.

[0120] Conforme descrito acima, em algumas concretizações, o cartucho inclui um meio para ventilar gases a partir do canal de análise. Conforme ilustram as Figuras 17D e 17E, em algumas concretizações, o meio para ventilar gases inclui um ou mais respiradouros 1736, que consistem em pequenos orifícios no componente interno 1730. Em algumas concretizações, as paredes que definem os respiradouros 1736 são hidrófilas e os orifícios são pequenos o bastante para que líquidos aquosos dentro do canal de análise 1732 sejam rejeitados pelos respiradouros 1736 e não vazem. Conforme ilustra a Figura 17F, em outra concretização, um segmento de desvio de bolhas 1733, definido pelo componente interno 1730, é incluído em uma parte superior do canal de análise 1732. O segmento de desvio de bolhas 1733 é dimensionado e posicionado para permitir que os gases fluam através do segmento de desvio de bolhas 1733, ao passo que os líquidos dentro do canal de análise permaneçam dentro do segmento principal mais baixo do canal 1732. Em algumas concretizações, os segmentos de desvio de bolhas 1733 são incluídos entre dois respiradouros 1736 e servem para transportar gases do canal de análise aos respiradouros 1736 para liberação.

[0121] Em outras concretizações, o meio para ventilar gases a partir do canal de análise 1732 inclui uma membrana respirável, tal como uma membrana de PTFE, a qual substitui uma parede do canal de análise formada, do contrário, pelo componente interno 1730. Uma concretização desse tipo é ilustrada na Figura 17G, com a parede superior do canal de análise 1732 substituída por uma membrana respirável 1735. Em algumas concretizações com uma membrana respirável 1735 para ventilação, a pré-umectação da membrana 1735 pode ser necessária porque alguns materiais respiráveis, como o PTFE, são hidrófobos. Para eliminar a necessidade por uma etapa de pré- umectação distinta, a pré-umectação estrutural pode ser usada em algumas concretizações. Uma dessas concretizações é ilustrada na Figura 17H. Conforme ilustrado, para “umectar estruturalmente” uma membrana respirável 1735, trilhos 1737 de material hidrófilo podem ser incluídos, os quais percorrem o comprimento da membrana respirável. Esses trilhos 1737 promovem o fluxo de líquido ao longo deles, por exemplo, de um reservatório ao canal de análise 1732 e/ou ao longo do comprimento do canal de análise 1732. Os trilhos hidrófilos 1737 ajudam a superar a resistência hidrófoba da membrana. Esses trilhos 1737 podem ser feitos de diversas maneiras e são construídos para incluir trilhos plásticos estendendo-se pelo comprimento do teto da membrana 1735. Em algumas concretizações, adesivos dispostos diretamente na membrana podem formar o trilho; em outra concretização, um trilho pode ser formado por uma modificação de superfície padronizada da membrana que faz com que uma modificação de superfície hidrófila percorra o comprimento do canal de análise

1732.

[0122] Além disso, conforme descrito em mais detalhes abaixo, em algumas concretizações, um ou mais sensores são dispostos no componente de placa de circuito 1750 dentro do canal de análise 1732. Conforme ilustram as Figuras de 17D a 17I, e identificado especificamente na Figura 17I, o sensor 1758 pode ser feito de ouro ou de outro metal condutor e, conforme descrito abaixo com referência à Figura 18A, pode incluir outras modificações químicas à superfície

1757. Em várias concretizações do cartucho descritas neste documento, tal como, por exemplo, no cartucho 700 das Figuras 7A e 7B e no cartucho 800 da Figura 8, contempla-se que o canal de análise 732/832 inclua todos ou qualquer um dos elementos descritos e/ou ilustrados em qualquer uma das Figuras de 17A a 17I ou quaisquer outros elementos conhecidos dos versados na técnica.

[0123] Além disso, para facilitar o fluxo via ação capilar no canal de análise, em várias concretizações, um material absorvente é incluído na extremidade mais a jusante do canal de análise. Um exemplo de material absorvente, na forma de uma almofada absorvente 834, é visível na Figura 10A. O material ou almofada absorvente 834 absorve o líquido a partir do canal de análise 832, estimulando assim o líquido a fluir a jusante à almofada absorvente 834. Em algumas concretizações, a almofada absorvente 834 atua como um receptáculo de rejeitos, coletando todos os líquidos rejeitados e partículas rejeitadas depois que eles fluem através do canal de análise 832. Em várias concretizações, o tamanho e grau de absorvência da almofada absorvente é selecionado para regular o fluxo de líquidos e partículas dentro do canal de análise

832. Por exemplo, em algumas concretizações, o volume de líquido que a almofada absorvente 834 pode absorver deve ser grande o bastante para drenar todo o líquido a partir do primeiro reservatório (de preparo de amostra) 824 e do segundo reservatório (de lavagem) 828 e forçar o líquido que transporta o substrato químico a partir do terceiro reservatório (de substrato) 826. Essa condição pode servir como o limite inferior de absorvência. Além disso, a atuação em limite superior é a exigência de que o fluxo do líquido que transporta o substrato químico desacelere ou pare sobre uma zona de análise do canal de análise 832 para que o substrato químico tenha tempo de reagir com agentes de sinalização localizados na zona de análise.

[0124] Conforme ilustram claramente, por exemplo, as Figs. 7B, 8 e de 11A a 11C, o cartucho de várias concretizações também inclui uma placa de circuito impresso 750, 850 e 1150, respectivamente, chamada neste documento de placa de circuito ou componente de placa de circuito. O componente de placa de circuito liga-se ao componente interno do cartucho. O componente de placa de circuito 750 da Figura 7B é ilustrado à parte nas Figs. 18A e 18B. O componente de placa de circuito 750 inclui componentes elétricos, por exemplo, um ou mais dentre: um resistor, condutores elétricos 754, vias 756 e sensores 758 necessários à detecção de analitos almejados. Embora descritos à parte, perceber-se-á que os componentes elétricos do componente de placa de circuito 750 não precisam ser elementos estruturais separados. Um ou mais componentes elétricos e/ou circuitos podem exercer uma, algumas ou todas as funções dos vários componentes descritos neste documento. Em algumas concretizações, o resistor é na forma de uma marca de identificação exclusiva, a qual permite que o dispositivo leitor (descrito em mais detalhes abaixo) distinga entre tipos de cartucho. O resistor pode incluir um resistor de montagem na superfície pequeno, um elemento resistivo à base de tinta resistiva ou qualquer outro elemento resistivo que permita que o leitor "leia" o resistor e, assim, identifique o tipo de cartucho. Conforme usado neste documento, os cartuchos diferem quanto ao "tipo de cartucho" se configurados para a detecção de analitos almejados diferentes. Em outras concretizações, utilizam-se meios não resistivos diferentes para identificar o tipo de cartucho.

[0125] Conforme descrito em mais detalhes abaixo, os condutores elétricos 754 de várias concretizações são incluídos para estabelecer conexões elétricas e continuidade com um dispositivo leitor. Conforme ilustra a Figura 18B, os condutores elétricos 754 ligam-se eletricamente às vias 756, alimentando corrente elétrica a esses componentes quando ativados pelo dispositivo leitor.

Uma via é um produto padrão nas placas de circuito impresso e é tipicamente usada para permitir que traços de sinal em uma camada de uma placa de circuito continuem eletricamente em outra camada.

As vias viabilizam a continuidade elétrica através de várias camadas.

Essas vias são excelentes condutoras de calor; elas são capazes de transferir calor a uma localização bastante precisa sem afetar as áreas circundantes porque o material circundante que compõe a maioria das placas de circuito é um excelente isolante térmico.

Sendo assim, em várias concretizações, muitas vias 756 são incluídas no componente de placa de circuito, e cada via 756 é disposta sob, sobre ou adjacente a uma válvula sujeita a mudança de fase termicamente acionada disposta em uma saída de reservatório a fim de estabelecer um elemento de acionamento de válvula.

A precisão da transferência térmica associada às vias 756 permite o mínimo de comunicação cruzada entre válvulas localizadas próximas umas das outras; assim, o momento de acionamento da válvula pode ser cuidadosamente controlado para cada válvula.

Em algumas concretizações, as válvulas são feitas de cera, por exemplo, cera hidrófila, e as vias 756 atuam como condutores de calor para derreter a cera em momentos precisos, conforme regido por um dispositivo leitor.

Um ou mais elementos de aquecimento geram o calor que será conduzido à localização exata onde a cera precisa ser fundida.

Quando da fusão de uma válvula de cera disposta na saída de um reservatório, a saída deixa de ser obstruída e o reservatório ganha uma abertura através da qual seu conteúdo fluido pode seguir ao canal de análise.

O elemento calefator de algumas concretizações constitui parte do componente de placa de circuito.

Por exemplo, na concretização da Fig. 18B, o elemento calefator é um elemento calefator resistivo na forma de uma trilha sinuosa 755 localizada no lado inferior do componente de placa de circuito 750 circundando a via 756. Em outras concretizações, o elemento calefator é localizado fora do cartucho, por exemplo, no leitor. Em várias concretizações em que um elemento calefator resistivo é usado, a fim de gerar calor, permite-se que a corrente flua através do elemento calefator resistivo, por exemplo, através do acionamento de um transistor. A corrente que atravessa o elemento calefator resistivo gera calor através do aquecimento Joule. O calor é conduzido à via devido ao contato físico entre o elemento calefator resistivo e a via. Em várias concretizações, o calor é então conduzido através da via até a barreira de cera e acontece uma transição de fase, tal como, por exemplo, fusão, da cera.

[0126] A fim de garantir a fusão completa da cera no tempo preciso, em várias concretizações, as válvulas de cera são cuidadosamente construídas dentro das saídas dos reservatórios. Por exemplo, em algumas concretizações, é preferível que as válvulas de cera tenham a altura mínima necessária para obstruir a saída do reservatório; a altura mínima minimiza a distância por que o calor deve percorrer para derreter a cera. Um método exemplificativo para construir uma barreira de cera com essas características envolve aplicar cera fundida a uma via pré-aquecida. Vantajosamente, quando a via é pré-aquecida, leva mais tempo para que a válvula de cera solidifique em relação a uma via na temperatura ambiente; assim, a cera tem mais tempo para nivelar e expandir-se para fora antes de endurecer. A “placagem” da cera é desejável para minimizar a altura, o que maximizará a chance do acionamento por fusão adequado da válvula. Além disso, o aquecimento da via facilita uma área com mais contato entre a cera e a via de tal modo que uma proporção maior da cera sofra calor, maximizando assim as chances de acionamento correto da válvula. O método para aquecer a via antes da deposição da cera é adicionalmente melhorado com o seguinte método: a abertura do reservatório é alinhada sobre a via de tal modo que, quando a cera fundida for aplicada à via pré-aquecida, a abertura na base do reservatório seja espacialmente próxima da via de tal modo que, quando a cera endurecer, a cera grude simultaneamente a várias paredes internas do reservatório e à própria via. Isso é vantajoso para melhorar o rendimento de produção de válvulas intactas que obstruem totalmente a abertura para o canal de análise de tal modo que não ocorra nenhum fluxo involuntário de líquido a partir do reservatório.

[0127] Uma vista em corte transversal de uma concretização da válvula 825 é ilustrada na Figura 19. A válvula 825 é localizada dentro de uma saída na base do reservatório 824 do cartucho 800. Conforme ilustra a Figura 19, o reservatório 824 é definido por paredes do componente interno 830. Em algumas concretizações, a saída é formada por um orifício dentro de uma parede inferior do componente interno 830. Em várias concretizações, o componente de placa de circuito 850 é disposto abaixo do componente interno 830 e fixado no componente interno 830 com o uso de um adesivo 860, tal como, por exemplo, de uma fita adesiva dupla-face, a qual pode ser hidrófila para suportar o fluxo capilar de fluido. Em várias concretizações, a válvula 825 é feita de um material sujeito a mudança de fase sensível ao calor, tal como, por exemplo, uma cera hidrófila. Antes da ativação, a cera ou outro material sensível ao calor da válvula 825 assume a fase sólida ou semissólida e tem dimensões e formato tais para preencher uma seção transversal inteira da saída de tal modo que nenhum líquido escape do reservatório 824 ao canal de análise 832. Conforme ilustrado, a válvula termicamente acionada 825 de algumas concretizações é alinhada diretamente acima de uma via 856 ou outro elemento condutor de calor localizado. Esse alinhamento permite a aplicação localizada de calor para induzir uma mudança de fase na válvula 825 sem causar a mudança de fase de nenhuma das válvulas vizinhas. Em várias concretizações, a mudança de fase funde ou transforma de alguma outra forma o material sensível ao calor de tal modo que ele deixe de causar a completa obstrução da saída, mas, em vez disso, permita que o líquido no reservatório 824 flua ao canal de análise 832.

[0128] Em algumas concretizações, o material de cera disposto sobre a via, e que obstrui a abertura do reservatório para impedir o líquido de fluir ao canal de análise, é, de preferência, um material hidrófilo, tal como hexadecanol ou octodecanol. Isso vantajosamente promove, em vez de obstruir, o fluxo de líquido para além de quaisquer pedaços de cera que solidifiquem dentro de qualquer área do canal de análise após a ativação da válvula. De preferência, esses materiais também têm uma temperatura de fusão entre 50 e 100 graus Celsius, o que permite a ativação com consumo de energia aceitável para um dispositivo operado com bateria e, ainda assim, que este permaneça não ativado em ambientes de manuseio e armazenamento geral e/ou durante um protocolo de sonicação. Em algumas concretizações, a quantidade de cera disposta sobre a via é abaixo de 1 microlitro na fase líquida e, em algumas dessas concretizações, a quantidade é menor ou igual a 0,5 microlitros. Em ao menos algumas concretizações, é preferível usar a menor quantidade possível de cera a fim de diminuir qualquer obstrução do canal de análise e maximizar a ativação total da válvula quando o calor for aplicado. Em algumas concretizações, a válvula também possui um sistema de feedback e controle que permite obter um perfil térmico consistente na via para a ativação consistente da válvula. Além disso, esse sistema de feedback e controle pode incorporar elementos de sensoriamento para permitir que o sistema confirme que cada válvula foi ativada corretamente.

[0129] Em algumas concretizações não exaustivas, a saída na base do reservatório tem dimensões e formato, por exemplo, conforme ilustram a Figura 20A ou a Figura 20B. Na Figura 20A, a abertura/saída da válvula na base de cada reservatório é ilustrada como um semicírculo em comunicação fluida com o canal de análise. Em algumas dessas concretizações, o semicírculo tem um diâmetro de cerca de 1 mm, tamanho esse que pode ajudar a diminuir a quantidade de cera necessária para impedir o fluido do reservatório de entrar no canal de análise. Como alternativa, a Figura 20B ilustra uma saída formada por um semicírculo com uma borda expandida. Em algumas concretizações, a borda expandida tem um comprimento entre 0,1 mm e 1 mm. Em comparação à Figura 20A, a borda expandida da Figura 20B pode melhorar a ativação correta da válvula e do fluxo ao proporcionar uma área de superfície maior para a cera derretida solidificar durante o curso de ativação da válvula antes que entre no canal de entrada. Essa configuração pode diminuir a quantidade de cera que entra no canal de análise. À semelhança, durante a construção da válvula, as extensões a partir da abertura semicircular permitem uma maior área onde a cera pode endurecer sem obstruir o canal de análise.

[0130] De volta à Fig. 18A, os condutores elétricos 754 também se ligam eletricamente aos sensores 758; essa conexão elétrica permite que os sinais detectados pelos sensores 758 sejam transmitidos ao dispositivo leitor para serem processados. Em várias concretizações, os sensores 758 e a área do canal de análise acima deles formam a "zona de análise", mencionada em outras partes neste documento. Os sensores 758 são localizados estrategicamente para que, quando a placa de circuito 750 for incluída no cartucho 700 montado com uma superfície da placa de circuito 750 formando uma parede do canal de análise 732, os sensores 758 sejam dispostos dentro do canal de análise

732. Conforme ilustra a Figura 18A, vários sensores 758 podem ser incluídos, cada um espaçado em relação aos demais e todos alinhados ao canal de análise 732. Os sensores 758 são sensores eletroquímicos, cada um formando uma célula eletroquímica dentro do canal de análise. Nessa concretização, cada sensor 758 é composto por um elétrodo de trabalho 758a, um elétrodo de referência 758b e um contra- elétrodo 758c. Em algumas concretizações, uma reação de oxidação ocorre em um sensor eletroquímico 758 se uma enzima oxidante ligada indiretamente a uma partícula magnética se fizer presente no sensor 758 e um substrato químico apropriado for introduzido no canal de análise 732. Nessas concretizações, o elétrodo de trabalho 758a libera elétrons para repor os elétrodos removidos do substrato pela enzima oxidante em uma quantidade proporcional à quantidade de enzima oxidante presente. A liberação de elétrons a partir do elétrodo de trabalho gera uma corrente detectável como um sinal dentro de um circuito conectado ao sensor 758. Os sensores 758 podem, assim, detectar indiretamente a presença, ausência e/ou quantidade de enzimas oxidantes localizadas na zona de análise dessas concretizações. Em seguida, um computador, por exemplo, dentro do dispositivo leitor descrito abaixo, correlaciona a presença, ausência e/ou quantidade de um analito almejado à presença, ausência e/ou quantidade de enzimas oxidantes. As funções desse computador são descritas em mais detalhes abaixo. Em várias concretizações, um ou mais campos magnéticos são usados para facilitar a localização das enzimas ou outros agentes de sinalização dentro da zona de análise. Vantajosamente, nessas concretizações, nenhuma molécula de afinidade precisa ser pré-ligada aos sensores para obter a localização, o que, do contrário, retardaria significativamente o processo de quantificação de analitos devido aos limites da cinética de hibridização à base de difusão. Detalhes dos campos magnéticos também são dados abaixo.

[0131] Em algumas concretizações, os sensores eletroquímicos 758 onde a detecção acontece são construídos através de um processo ENIG e, portanto, possuem ouro na superfície. Em outras concretizações, utilizam-se sensores de ouro ou folheados a ouro que não foram fabricados por meio de um processo ENIG. Em algumas concretizações, ao menos o elétrodo de trabalho 758a de cada sensor 758 possui uma química de superfície feita de etileno glicol tiolado e/ou ditiol, tal como hexaetileno glicol ditiol, para maior estabilidade. A natureza hidrófila dos grupos de cabeça dessa química de superfície facilita o fluxo e a resistência contra proteínas. Em aditamento ou como alternativa, em algumas concretizações, a superfície de um ou mais dos elétrodos é preenchida com ácido mercaptoundecanoico, mercaptohexanol ou outro enchimento adequado. Em algumas concretizações, a superfície de um ou mais dos elétrodos dentro do sensor 758 é formada através da adição e incubação sequenciais do etileno glicol ditiol e do enchimento a temperaturas não elevadas.

[0132] Em várias concretizações, um ou mais sensores de ruído eletroquímico ambiente, ou sensores de referência 759, são incluídos e espaçados dentro do canal de análise do sítio de localização das partículas magnéticas. O sensor de referência 759, junto com seus circuitos associados, quantifica o ruído de fundo no sistema. Esse ruído pode se dar, por exemplo, por causa da presença de uma enzima ligada de maneira não específica. Em várias concretizações, durante o processamento dos resultados de detecção, um computador aplica um algoritmo para remover o sinal do sensor de referência do sinal do sensor de detecção a fim de levar em conta e/ou eliminar o ruído do sistema e, assim, permitir a quantificação ou detecção corretas do analito almejado.

[0133] Em algumas concretizações, a detecção é realizada usando um circuito eletroquímico padrão que utiliza um potencial de polarização gerado no elétrodo de referência para reação oxidação/redução prosseguir. O potencial é mantido no potencial de redução do substrato químico (baixo o bastante para que haja pouca redução não específica de espécies reduzíveis na solução) de tal modo que o fluxo de elétrons às moléculas oxidadas possa ser quantificado usando uma topologia de circuito corrente para tensão elétrica, à base de um amplificador operacional, relacionada ao elétrodo de trabalho. Por exemplo, uma molécula de substrato comum, a tetrametilbenzidina, é usada para a HRP. Quando presente, a HRP oxida as moléculas da TMB, e essas moléculas, por sua vez, são reduzidas pelo elétrodo de trabalho. Como esse evento acontece em proporção à quantidade de HRP presente, ocorre uma mudança na medição de corrente para tensão elétrica do amplificador operacional. Ao usar um conversor analógico para digital, o sinal real pode ser enviado a um processador para processamento. Conforme descrito em mais detalhes abaixo, em várias concretizações, o referido processador e componentes de processamento de sinal são incluídos dentro do dispositivo leitor.

O Dispositivo Leitor

[0134] O dispositivo leitor, ou leitor, de várias concretizações é, compreende ou consiste em um computador especializado. O computador inclui um processador com memória com instruções armazenadas nela para executar um ou mais métodos para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de analitos almejados em uma amostra. Em várias concretizações, o computador do leitor controla as operações do sistema de detecção, controlando quando e como várias funções do sistema ocorrem, tais como, por exemplo: mistura dos fluidos no primeiro reservatório do cartucho, abertura das válvulas e/ou localização das partículas magnéticas sobre os sensores. Para controlar essas operações, o leitor computadorizado é configurado para receber/enviar informações de/a componentes físicos presentes dentro do leitor ou cartucho.

[0135] Um diagrama em blocos funcional de uma concretização de um leitor é ilustrado na Figura 21. Embora descritos à parte, perceber-se-á que os blocos funcionais descritos com relação ao leitor 2100 não precisam ser elementos estruturais separados. Por exemplo, o processador 2110 e a memória 2120 podem ser concretizados em um mesmo chip. À semelhança, o processador 2110 e a interface de comunicação 2150 podem ser concretizados em um mesmo chip. Em várias concretizações, o leitor 2100 inclui uma fonte de alimentação 2160, tal como uma bateria.

[0136] O processador 2110 pode ser um processador de uso geral, um processador de sinais digitais (DSP), um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), um arranjo de portas programável em campo (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, lógica de portas ou transistores distintos, componentes de hardware distintos ou qualquer combinação desses projetados para executar as funções descritas neste documento. Um processador também pode ser implementado como uma combinação de dispositivos de computação, por exemplo, uma combinação de um DSP e um microprocessador, vários microprocessadores, um ou mais microprocessadores junto com um núcleo DSP ou qualquer outra configuração desse tipo.

[0137] O processador 2110 é acoplado, via um ou mais barramentos, para ler informações da memória 2120 ou escrever informações na memória 210. O processador pode, em aditamento ou como alternativa, conter memória, tal como registros do processador. A memória 2120 pode incluir cache do processador, inclusive um cache hierárquico com vários níveis em que diferentes níveis têm diferentes capacidades e velocidades de acesso. A memória 2120 também pode incluir memória de acesso aleatório (RAM), outros dispositivos de armazenamento volátil ou dispositivos de armazenamento não volátil. Os dispositivos de armazenamento podem incluir, por exemplo, unidades de disco rígido, discos ópticos, memória flash e unidades Zip.

[0138] O processador 2110, junto com o software armazenado na memória 2120, executa um sistema operacional, tal como, por exemplo, Windows, Mac OS, Unix ou Solaris 5.10. O processador 2110 também executa aplicativos de software armazenados na memória 2120. Em uma concretização não exaustiva, o software compreende, por exemplo, scripts Unix Korn shell. Em outras concretizações, o software pode incluir programas em qualquer linguagem de programação adequada conhecidos pelos versados na técnica, incluindo, por exemplo, C++, PHP ou Java.

[0139] O processador 2110 também é ligado a uma interface de cartucho 2130, que pode incluir uma placa EDGE ou outro conector elétrico, para enviar sinais elétricos ao componente de placa de circuito do cartucho, bem como receber sinais elétricos deste.

[0140] Em algumas concretizações, o processador 2110 pode ser ligado a uma interface do usuário 2140. Por exemplo, em algumas concretizações, o leitor 2100 pode incluir uma tela de toque, matriz LED, outros indicadores LED ou outros dispositivos de entrada/saída para receber entradas do usuário e emitir saídas ao usuário. Em outras concretizações, a interface do usuário 2140 não se faz presente no leitor 2100, mas, em vez disso, é incluída em um dispositivo de computação remoto conectado comunicativamente ao leitor 2100 através de uma interface de comunicação 2150. Em ainda outras concretizações, a interface do usuário pode ser uma combinação de elementos no leitor e um dispositivo de computação remoto.

[0141] A interface de comunicação 2150 de várias concretizações também liga-se ao processador 2110. Em algumas concretizações, a interface de comunicação 2150 inclui um receptor e um transmissor, ou um transceptor, para receber e transmitir dados a um dispositivo de computação remoto por conexão sem fio. Em algumas dessas concretizações, o dispositivo de computação remoto é um dispositivo de computação móvel que mune o sistema de uma interface do usuário; em aditamento ou como alternativa, em algumas concretizações, o dispositivo de computação remoto é um servidor. Em concretizações configuradas para a comunicação sem fio com outros dispositivos, a interface de comunicação 2150 prepara os dados gerados pelo processador 2110 para transmissão através de uma rede de comunicação de acordo com um ou mais padrões de rede e/ou demodula os dados recebidos através de uma rede de comunicação de acordo com um ou mais padrões de rede. A interface de comunicação 2150 de algumas concretizações pode, em aditamento ou como alternativa, incluir conexões elétricas para a comunicação com fio de sinais entre o leitor 2100 e um dispositivo de computação remoto.

[0142] Além dos componentes de computação, o leitor de várias concretizações inclui vários componentes físicos adicionais necessários para implementar a detecção dos analitos almejados. Por exemplo, o leitor 2200 da Figura 22 inclui uma fenda, abertura, plataforma, porta ou outro elemento de encaixe, chamado neste documento de encaixe 2210, para receber um cartucho. O cartucho, quando recebido pelo leitor 220, pode ser disposto neste ou, do contrário, acoplado a este.

[0143] Vários dos componentes do leitor são posicionados estrategicamente em locais específicos em relação ao encaixe 2210 a fim de promover as interações desejadas com o cartucho. Por exemplo, o leitor 2200 da concretização ilustrada inclui um conector elétrico 2220 e um ou mais geradores de campo magnético 2240, e a localização desses componentes é selecionada a fim de que se alinhem a elementos específicos de um cartucho encaixado. Além disso, algumas concretizações, inclusive a da Figura 22, incluem um elemento de sonicação 2230. Cada um desses componentes é descrito em mais detalhes abaixo.

[0144] O conector elétrico 2220 de várias concretizações é uma placa EDGE ou outro conector com pinos para conectividade elétrica. O conector 2220 é localizado sobre, sob, dentro ou adjacente ao encaixe 2210 e é posicionado de tal modo que os pinos do conector 2220 façam contato e estabeleçam conectividade elétrica com os condutores elétricos de um dispositivo de cartucho encaixado. Dessa forma, o conector elétrico 2220 estabelece uma continuidade elétrica entre os sensores no componente de placa de circuito do cartucho e os circuitos eletroquímicos no leitor. Em algumas concretizações, o conector elétrico

2220 do leitor também pode estabelecer continuidade elétrica com um elemento calefator, se presente no componente de placa de circuito do cartucho. Em algumas concretizações, o leitor 2200 inclui parte de um circuito eletroquímico, o qual é completado com a adição do cartucho com base na continuidade elétrica entre o conector elétrico 220 e os condutores elétricos do cartucho. Nessas concretizações, a adição do cartucho completa ou fecha o circuito. Nessas concretizações, a ligação do cartucho ao leitor 2200 ativa o leitor, fazendo com que ele "desperte". Após despertar, o conector elétrico 2220 identifica sinais recebidos de uma parte do cartucho para identificar qual tipo de cartucho está ligado a seu encaixe. Em algumas concretizações, o conector elétrico 2220 identifica uma marca, tal como, por exemplo, uma marca resistiva no cartucho, que é exclusiva de um tipo de cartucho específico a fim de identificar o tipo de cartucho encaixado. Em outras concretizações, um código de barras digital codificado dentro dos condutores elétricos do componente de placa de circuito do cartucho é lido pelos pinos ou almofadas elétricas dentro do leitor para identificar o tipo de cartucho. Em algumas dessas concretizações, o componente de placa de circuito do cartucho inclui vários condutores elétricos, alguns dos quais conectam-se a um condutor terra e outros dos quais não. Através do uso combinado dos pinos e conexões elétricas entre eles e um pino terra, e/ou com um resistor pull-up/pull-down localizado no leitor, a condição (por exemplo, aterrado ou não) de cada pino é detectada como uma tensão elétrica mais alta ou mais baixa do que uma tensão elétrica predefinida, que é lida como uma situação lógica no processador do leitor a fim de determinar se um pino específico está aterrado. Dessa forma, o leitor 2200 pode detectar e reconhecer uma combinação de pinos aterrados e não aterrados a fim de identificar exclusivamente classes de cartuchos.

[0145] Em algumas concretizações, após desperto, o leitor 2200 também determina qual protocolo de teste executar para o cartucho identificado e/ou busca e conecta-se a dispositivos de computação móveis próximos.

[0146] Continuando com a Figura 22, o leitor 2200 inclui, como opção, um componente de sonicação ou sonicador 2230. O sonicador 2230 de várias concretizações é localizado dentro, sob ou sobre o encaixe 2210 e é posicionado direta ou substancialmente sobre ou sob o primeiro reservatório de um cartucho encaixado. Em algumas concretizações, o cartucho encaixado inclui elementos para facilitar uma relação íntima entre o sonicador 2230 e o primeiro reservatório. Por exemplo, conforme ilustra a Figura 7B, cada um dentre o componente de placa de circuito 750 e o componente de base 740 têm um formato tal para prover um corte ou janela 741, 751 em suas estruturas, cortes 741, 751 esses alinhados aos reservatórios. Sendo assim, em várias concretizações, o sonicador 2230 e o primeiro reservatório do cartucho podem ser alinhados sem nenhuma estrutura entre eles. Em algumas concretizações, quando o usuário desliza o cartucho para encaixá-lo, os cortes 741, 751 permitem que o sonicador 2230 seja posicionado diretamente sob o reservatório. Essa configuração permite que o sonicador 2230 transmita quantidades controladas de energia ao primeiro reservatório. Em outras concretizações, o sonicador (ou outro componente executando as etapas de sonicação reveladas neste documento) é disposto em uma parede inferior, ou forma a referida parede inferior, do primeiro reservatório 724, tal como, por exemplo, conforme ilustra a Figura 11. Em outras concretizações, não há sonicador. Em várias concretizações com um sonicador 2230, a energia de sonicação é controlada para obter a mistura e hibridização de componentes dentro do primeiro reservatório ao mesmo tempo em que limita o dano causado a sondas de DNA frágeis ou outras moléculas frágeis.

[0147] Em algumas concretizações, o sonicador 2230 inclui um disco piezelétrico sensível à pressão 2232. Como opção, em algumas concretizações, o sonicador 2230 inclui ainda uma bolha com alto teor de água disposta entre o primeiro reservatório e o disco piezelétrico. Em algumas concretizações, a bolha com alto teor de água é fixada sob o primeiro reservatório no processo de produção do cartucho; em outras, ela é disposta sobre o sonicador 2230 dentro do leitor. A bolha com alto teor de água pode facilitar a administração da energia sônica do sonicador 2230 ao primeiro reservatório com o mínimo de atenuação. Em algumas concretizações, a bolha é substituída por outro meio de sonicação adequadamente condutor. Em algumas concretizações, o componente que atua como meio de sonicação é, de preferência, seco por fora, sem nenhum resíduo líquido presente. Em algumas concretizações, quando o cartucho é deslizado para dentro do leitor 2200, o meio sonicamente condutor ligado ao sonicador forma uma vedação de leve com um meio sonicamente condutor fixado na base do primeiro reservatório. Essa “vedação de leve” pode ser intensificada usando um meio sonicamente condutor conformal na base do reservatório.

[0148] Além de gerar energia sônica para misturar e hibridizar os conteúdos do primeiro reservatório, em várias concretizações com um sonicador 2230, este pode ser usado para detectar a introdução do dispositivo de coleta de amostra no primeiro reservatório. Vantajosamente, essa detecção permite que o leitor 2200 inicie automaticamente um protocolo de teste de imediato ou substancialmente de imediato após a introdução de uma amostra no primeiro reservatório. O início automático aumenta a facilidade de uso para usuários leigos; ele também garante um tempo de início consistente com relação à introdução da amostra, produzindo assim resultados consistentes.

[0149] Conforme mencionado acima, em algumas dessas concretizações, o sonicador 2230 é um elemento piezelétrico sensível à pressão. Nessas concretizações, uma parede do cartucho é projetada para flexionar levemente quando da introdução do dispositivo de coleta de amostra no primeiro reservatório; essa flexão resulta em uma mudança na pressão, que é detectável pelo sonicador 2230.

[0150] Em outras concretizações, a detecção do dispositivo de coleta de amostra no primeiro reservatório acontece por ressonância ou monitoração de sinais. Mais especificamente, conforme ilustra a Figura 23A, quando da ativação do leitor, por exemplo, como resultando de acoplar um cartucho ao leitor, o sonicador 2300 e/ou o elemento piezelétrico que compõe todo ou parte do sonicador 2300 gera uma onda sonora 2310 direcionada ao primeiro reservatório. Em algumas concretizações, o sonicador 2300 ou parte dele, então, deforma-se em decorrência de uma onda sonora refletida 315 e/ou a frequência de ressonância do sonicador é gravada, permitindo assim que um processador e/ou circuito dentro do leitor determine uma condição descarregada de referência. Depois disso, o sonicador 2300 assume uma condição de varredura ilustrada na Figura 23B, executando periodicamente uma onda sonora 2310 no primeiro reservatório para que o processador ou circuito dentro do leitor possa monitorar o sinal de retorno 2315 e/ou a mudança na frequência de ressonância do sonicador para determinar se houve alguma variação. Em algumas concretizações, se não foi detectada nenhuma variação e/ou a condição descarregada de referência estiver sendo estabelecida, o leitor emite uma ou mais luzes ou sons pedindo ao usuário que insira um dispositivo de coleta de amostra no cartucho. Na Figura 23C, a adição do dispositivo de coleta de amostra 2350 causa uma mudança na ressonância do sonicador e/ou uma mudança no sinal de retorno da onda sonora acima de um limite que o processador ou circuito dentro do leitor é programado para identificar como a introdução de um dispositivo de coleta de amostra. Em várias concretizações, em seguida,

o processador e/ou circuito retorna instruções ao sonicador 2300 para iniciar uma etapa de sonicação do protocolo de teste. Em algumas concretizações, um padrão luminoso sobre as mudanças do leitor ou um som é emitido indicando que um protocolo de teste teve início. Em algumas concretizações, o padrão luminoso de aviso ao usuário ou o padrão sonoro audível de aviso ao usuário emitidos durante a fase de varredura sofrem uma mudança na intensidade ou frequência para sinalizar maior urgência ao usuário para inserir um dispositivo de coleta. Em várias concretizações, as ondas sonoras associadas a avisar ao usuário são distintas das ondas sonoras que o sonicador emite para estabelecer a condição carregada vs. não carregada do reservatório.

[0151] Em algumas concretizações, um procedimento de sonicação de alta intensidade é realizado para eluir ativamente as partículas da amostra, inclusive, se presente, o analito almejado, na solução do primeiro reservatório. O procedimento de sonicação também é realizado para obter a suspensão correta dos reagentes de preparo de amostra, em especial das partículas magnéticas, a fim de tornar as partículas magnéticas disponíveis em solução para se ligarem ao alvo. É possível usar qualquer sonicador capaz de atingir o objetivo de gerar uma sonicação suave, mesmo na fase de alta intensidade, ao mesmo tempo em que se evitam a cavitação e grandes forças de cisalhamento. Uma concretização de um sonicador apropriado consiste em um componente piezelétrico, tal como, por exemplo, um disco piezelétrico transdutor flexível de 1,6 megahertz a uma saída de ao menos 15 Watts.

[0152] Após a sonicação de alta intensidade, o sinal sônico do sonicador é pulsado a fim de impedir que as partículas magnéticas desçam ao fundo e a fim de continuar adicionando energia ao sistema. A adição de energia melhora a hibridização entre as moléculas de afinidade na partícula magnética, no alvo e no agente detector ou agente de ligação competitivo.

[0153] O perfil de sonicação selecionado pelo leitor varia de acordo com a amostra sendo testada. Conforme usado neste documento, “perfil de sonicação” refere-se a características da sonicação causada, tais como tempo de sonicação, frequência de sonicação, intensidade etc. Em várias concretizações, o leitor tem controle de granulação fina sobre essas variáveis. Em algumas concretizações, para fins de consumo de energia, o sonicador tem um "período ligado" quando pulsa. Por exemplo, em uma concretização, durante a fase de sonicação, o sonicador é ativado durante três segundos a cada janela de 10 segundos e, dentro desses três segundos ativado, o sonicador pulsa em intervalos regulares; por exemplo, o sonicador pode gerar uma onda sonora a cada 0,027 segundos. Esses métodos geram um ambiente propício à hibridização, captura do alvo e formação de vários complexos moleculares e, ao mesmo tempo, evitam o desperdício de energia e o superaquecimento da amostra.

[0154] Continuando com a Figura 22, o leitor 2200 de várias concretizações também inclui um ou mais geradores de campo magnético 2240. Em algumas concretizações, o gerador de campo magnético 2240 pode ser um indutor ou outro componente eletromagnético fixado dentro do leitor 2200. Conforme ilustra a Figura 22, em algumas concretizações, o gerador de campo magnético 2240 é um magneto permanente. Os um ou mais geradores de campo magnético 2240 são posicionados de tal modo que, quando um cartucho for acoplado ao encaixe 2210, cada um dos um ou mais sensores de detecção sejam dispostos diretamente dentro de um campo magnético criado pelos um ou mais geradores de campo magnético

2240. Em várias concretizações, os um ou mais campos magnéticos são a causa posicionamento; os um ou mais campos magnéticos são o que induz partículas magnéticas e moléculas hibridizadas concomitantes a localizarem-se dentro da zona de análise.

[0155] Em várias concretizações, o componente de base do cartucho possui um corte que permite que cada magneto permanente ou indutor seja posicionado diretamente sob o sensor de detecção do componente de placa de circuito. O corte permite que o cartucho seja deslizado ao lugar no encaixe 2210 sem acertar o magneto ou indutor. O corte também permite que o gerador de campo magnético 2240 seja posicionado o mais próximo possível do sensor de detecção. Quanto mais próximo o gerador de campo magnético 2240 estiver do sensor, mais força o campo magnético é capaz de exercer, o que significa que magnetos ou indutores menores são capazes de exercer forças de campo magnético equivalentes a magnetos ou indutores maiores e mais caros. O uso de magnetos ou indutores é particularmente vantajoso em concretizações com vários campos magnéticos e várias zonas de análise (por exemplo, em concretizações configuradas para detectar vários analitos almejados diferentes) porque quanto menor o magneto ou indutor menor a sobreposição de campos magnéticos. Campos magnéticos menores podem limitar a quantidade de comunicação cruzada entre os magnetos ou indutores sob os diferentes sensores de detecção.

[0156] Além disso, conforme mencionado acima na discussão sobre o cartucho, em algumas concretizações de um sistema de detecção de analitos, um elemento calefator é incluído para ativar válvulas termicamente acionadas dentro das saídas dos reservatórios. Nessas concretizações, o elemento calefator emite calor a vias no componente de placa de circuito do cartucho, e as vias atuam como condutores de calor para derreter a cera em momentos precisos e/ou dentro de uma área espacial precisa. Em algumas concretizações, vários elementos calefatores são localizados dentro do leitor 2200 e posicionados para alinhar-se às vias de um cartucho acoplado. Em algumas dessas concretizações, contatos sob ação de mola são incluídos dentro do leitor 2200 para formar um contato efetivo entre os elementos calefatores do leitor e a via. Em algumas dessas concretizações, o elemento calefator é um elemento calefator resistivo.

[0157] Em várias concretizações, independentemente da localização do elemento calefator (no leitor ou no cartucho), o momento da emissão de calor e abertura da válvula é precisamente sincronizado e controlado pelo dispositivo leitor. Por exemplo, em algumas concretizações, o computador leitor controla quando a corrente geradora de calor flui através do elemento calefator. As válvulas são ativadas pelo calor causado por essa corrente na sequência a seguir: (1) reservatório de preparo de amostra, (2) reservatório de lavagem, se presente, e, então, (3) reservatório de substrato químico. A ativação de cada válvula é sincronizada de tal modo que: a respectiva válvula acione totalmente, o reservatório associado tenha tempo para esvaziar seu conteúdo no canal de análise e ao menos parte do conteúdo do reservatório tenha tempo de seguir até a almofada absorvente posicionada a jusante dos sensores antes de o conteúdo do próximo reservatório ser liberado. Em algumas concretizações, o tempo entre o acionamento das válvulas é selecionado para ser longo o suficiente para que a almofada absorvente absorva total ou substancialmente o líquido presente dentro do canal de análise. Vantajosamente, nessas concretizações, pouquíssima mistura ocorre entre o conteúdo dos reservatórios sucessivos.

[0158] Em algumas concretizações, a sincronização precisa do acionamento sequencial das válvulas e/ou o acionamento bem-sucedido das válvulas podem ser determinados no processador através do uso de sistemas de controle de feedback utilizando um algoritmo no processador e informações obtidas de elementos de sensoriamento, tais como termistores e sensores eletroquímicos. Por exemplo, um sensor eletroquímico no canal de análise pode ser solicitado a determinar se o canal de análise possui líquido nele visto que o sinal gerado no sensor será diferente dependendo da presença ou ausência de líquido sobre ele. Esse sinal, junto com um processador programado para interpretar logicamente os sinais, pode, assim, determinar se uma válvula acionou corretamente e/ou quando um reservatório esvaziou totalmente seu conteúdo líquido e quando o conteúdo líquido foi absorvido em uma almofada de rejeitos de tal modo que o canal ficasse sem líquido e pronto para um acionamento em sequência das válvulas. Em algumas concretizações, o processador e/ou os circuitos do leitor enviam sinais instruindo um elemento calefator a acionar uma válvula seguinte só depois que o processador e/ou os circuitos recebem confirmação, através do sistema de feedback, de que o canal de análise está total ou parcialmente vazio e pronto para a próxima etapa.

[0159] Além disso, conforme a Figura 24 ilustra esquematicamente, em algumas concretizações, um perfil térmico desejado do elemento calefator para o acionamento das válvulas pode ser obtido de maneira consistente através do uso de um sistema de feedback e controle adicional 2400, o qual inclui: um elemento de sensoriamento da temperatura 2410, tal como um termistor, em comunicação térmica com um elemento calefator 2420 posicionado para acionar uma válvula acionada por calor 2430, e um processador 2440 configurado para interpretar logicamente sinais advindos do referido elemento calefator

2420.

[0160] Uma concretização de um sistema de feedback e controle que controla o perfil térmico é ilustrada na Figura 25. A Figura 25 alternativa ilustra uma concretização de um elemento de detecção de temperatura 2510 em comunicação térmica com a via 2520 em um componente de placa de circuito 2530 de um elemento de acionamento de válvula. Em particular, o elemento de detecção de temperatura ilustrado é um termistor com uma resistência que varia junto com sua temperatura. Quando em comunicação eletrônica com outros circuitos e/ou com um processador configurado para interpretar os sinais eletrônicos do termistor, as informações coletadas do termistor podem ser usadas para manter o acionamento térmico consistente da válvula através do comando e controle de um elemento calefator em comunicação eletrônica com o processador supramencionado. Esse elemento de sensoriamento pode adicionalmente aumentar a segurança do dispositivo de análise de amostra ajudando a impedir o aumento desenfreado da temperatura no elemento calefator em comunicação térmica com o referido termistor porque contribui detectando informações que permitirão que um processador interrompa o elemento calefator se a temperatura ficar quente demais. A concretização representada na Figura 25 ilustra o termistor 2510 em comunicação térmica com o elemento calefator através do uso de um elemento condutor de calor em uma placa de circuito do dispositivo leitor, o referido elemento condutor de calor sendo uma trilha metálica 2540, por exemplo, uma trilha de cobre. Além disso, o termistor 2510 faz comunicação térmica com a via 2520 da unidade de válvula através do uso de um conector 2550 (em uma concretização, um pino conector sob ação de mola), que tipicamente possui condutividade térmica elevada. O elemento calefator não é ilustrado na Figura 25, mas contempla-se que ele seja ligado termicamente à via de diversas maneiras, inclusive através do uso de uma trilha visto que o termistor é ligado à via através de uma trilha condutora e, então, através do pino sob ação de mola em contato com a via.

[0161] As Figuras de 26A a 26C representam o dispositivo leitor 2200 da Figura 22 ilustrado ao longo de vários estágios de acoplamento a um cartucho 700. Conforme ilustrado, o leitor 2200 inclui um encaixe 2210, um conector elétrico 2220, um sonicador 2230 e um gerador de campo magnético 2240 na forma de um magneto permanente. O cartucho 700 é configurado para deslizar até acoplar-se ao encaixe 2210 e acoplar-se ao leitor 2200. Quando acoplado, os condutores elétricos 754 do cartucho 700 fazem contato direto com o conector elétrico 2220, o primeiro reservatório 724 é disposto sobre o sonicador 2230 e uma parte do canal de análise microfluídico 732 é disposta sobre o gerador de campo magnético 2240 dentro do campo magnético.

[0162] As Figuras 27A e 27B ilustram outra concretização de um dispositivo leitor 2700 acoplado a um cartucho 2702. O dispositivo leitor das Figuras 27A e 27B incluem vários magnetos 2740 dispostos em série abaixo do encaixe do leitor 2700, posicionados de tal modo que, quando um cartucho 2702 é acoplado ao encaixe, os magnetos 2742, 2744, 2746, 2748 sejam localizados abaixo de vários sensores de detecção 2762, 2764, 2766, 2768, respectivamente. Em concretizações como a das Figuras 27A e 27B, que são projetadas para detectar a presença, ausência e/ou quantidade de vários analitos almejados diferentes em uma amostra, é possível fazer modificações ao modelo tanto do cartucho 2702 quanto do leitor 2700 em relação a outras concretizações descritas neste documento. Por exemplo, conforme descrito acima, a detecção de vários analitos diferentes requer a inclusão de várias populações de partículas magnéticas e várias populações de agentes detectores e/ou agentes de ligação competitivos dentro do primeiro reservatório 2724. Cada população de partículas magnéticas, agentes detectores e agentes de ligação competitivos presente no reservatório 2724 é projetada para ter afinidade com um analito almejado diferente e incluir um anticorpo de captura diferente, sonda DNA de captura ou outra molécula de afinidade. Além disso, cada população de partículas magnéticas presente no reservatório 2724 tem uma característica física de identificação exclusiva, tal como um tamanho diferente, resposta magnética diferente, densidade diferente ou qualquer combinação desses.

[0163] Em uma concretização em que várias populações de partículas magnéticas se fazem presentes para detectar a presença de vários analitos almejados diferentes, a filtragem dead-end é usada para separar as populações para detecção. Nessa concretização, à medida que as partículas magnéticas deixam o primeiro reservatório 2724 e entram no canal de análise 2704, elas se deparam com uma sequência de filtros incluídos dentro do canal de análise 2704. Deslocando-se no sentido a jusante, os filtros são ordenados por tamanho dos poros, o primeiro filtro tendo os maiores poros e o último filtro tendo os menores poros. Cada filtro é posicionado em íntima proximidade com um mecanismo de detecção projetado para detectar um agente detector específico ou um produto de um agente detector específico. Por exemplo, em algumas concretizações, o mecanismo de detecção é um sensor eletroquímico projetado para detectar a oxidação que ocorre entre uma população específica de partículas magnéticas hibridizadas. Partículas magnéticas menores do que o tamanho dos poros do primeiro filtro atravessarão o filtro junto com o fluxo de líquido ao longo do canal. Partículas magnéticas maiores do que o tamanho dos poros do primeiro filtro ficarão para trás, em íntima proximidade com o primeiro sensor 2762. Através do uso de filtros sucessivos com poros cada vez menores, as populações de partículas magnéticas são separadas e localizadas sobre os diferentes sensores de detecção 2760. Dessa forma, reações como reações de oxidação entre diferentes populações de partículas magnéticas hibridizadas e analitos almejados podem ser monitoradas da maneira descrita em outras partes neste documento a fim de identificar a presença, ausência e/ou quantidade de cada um dos vários analitos almejados.

[0164] Esse processo pode ser melhorado através do uso de magnetismo. Partículas magnéticas de mesma composição material variam em sua resposta magnética de acordo com o quadrado do diâmetro da partícula magnética. Portanto, um campo magnético interagirá de maneira diferente em partículas de tamanhos diferentes, permitindo assim que ocorra um mecanismo de organização. Essa resposta magnética diferente pode ser explorada em algumas concretizações para intensificar a velocidade de separação e especificidade. À medida que as partículas magnéticas deixam o primeiro reservatório, um campo magnético pode ser aplicado ao canal de análise a fim de ordenar ao menos em parte as partículas magnéticas por tamanho. Como as partículas magnéticas maiores sentirão a força magnética com mais intensidade do que as menores, as maiores mover-se-ão mais lentamente a jusante em relação às menores. Isso resulta em uma preferência por partículas magnéticas menores avançarem ao longo do canal de análise 2704 mais rápido do que partículas magnéticas maiores, o que diminui o risco de entupimento dos poros com as partículas magnéticas. O entupimento de um poro com partículas magnéticas pode diminuir a especificidade de multiplexação e pode impossibilitar todo o teste porque restringiria o fluxo de líquido necessário para lavar os excessos de enzima e para proporcionar o substrato químico aos agentes detectores capturados.

[0165] Em algumas concretizações, utiliza-se a tecnologia de filtragem com fluxo cruzado para impedir a incrustação da membrana, comum na filtragem dead-end. Nessas concretizações, os magnetos ou indutores são posicionados para exercer uma força magnética perpendicular ou outra força magnética não paralela em relação ao sentido do fluxo. Esse posicionamento dos magnetos ou indutores alinhados faz com que as partículas magnéticas sejam forçadas ao lado do canal de análise onde os filtros são posicionados, se eles tiverem tamanho suficiente para ser influenciados pelo gerador de campo magnético incluído. Nessas concretizações, as dimensões dos campos magnéticos são selecionadas de tal modo que uma partícula magnética seja forçada ao lado do canal de análise 2704 para encontrar um filtro logo a jusante do primeiro filtro com um tamanho dos poros menor do que o tamanho da partícula magnética.

[0166] Como alternativa, as populações de partículas magnéticas e analitos almejados podem ser separadas através do uso somente de magnetismo.

Como a resposta à força magnética por parte de uma partícula magnética aumenta com o quadrado do diâmetro da partícula, a separação e localização das populações de partículas magnéticas podem ser obtidas em um mesmo canal sem o uso de membranas ao incluir vários magnetos ou indutores localizados no dispositivo leitor ou cartucho que criam diferentes forças de campo magnético em diferentes localizações do canal de análise 2704. Mais especificamente, deslocando-se no sentido a jusante, encontram-se geradores de campo magnético com uma força de campo magnético cada vez maior.

As partículas magnéticas maiores são localizadas no primeiro sensor porque são incapazes de escapar do primeiro campo magnético, que é suficientemente forte para capturar as partículas magnéticas maiores, mas não é forte o bastante para capturar nenhum outro tamanho de partículas magnéticas.

As populações de partículas magnéticas seguirão a jusante junto com o fluxo de líquido até serem capturadas pelo campo magnético sob medida para seu tamanho específico localizado sobre um sensor de detecção 2760 incluído para detectar reações de oxidação entre sua população.

O segundo campo magnético mais fraco há de capturar a população de partículas magnéticas com o segundo maior diâmetro; o terceiro campo magnético o mais fraco há de capturar a população de partículas magnéticas com o terceiro maior diâmetro e assim por diante.

As partículas magnéticas menores são capturadas pelo campo magnético mais forte.

Isso permite que cada população de partículas magnéticas se posicione sobre um sensor de detecção diferente e a detecção prossiga conforme descrita acima.

Os campos magnéticos podem ser variados através de ao menos alguns métodos.

Em algumas concretizações, cada magneto ou indutor é de um tamanho diferente; quanto maior o magneto ou indutor, maior seu campo magnético.

Em outras concretizações, como a ilustrada nas Figuras 27A e 27B, os magnetos 2740 são posicionados em profundidades variantes em relação ao plano do canal de análise 2704.

O magneto mais a montante 2748 é posicionado mais distante do canal de análise 2702 e, portanto, exerce o campo magnético mais forte sobre o canal 2704. O magneto mais a jusante 2742 é posicionado mais próximo do canal de análise 2702 e, portanto, exerce o campo magnético mais forte sobre o canal 2704.

[0167] De modo importante, em várias concretizações descritas neste documento, a atração magnética entre as partículas magnéticas e os um ou mais campos magnéticos é forte o bastante para fazer com que as partículas magnéticas mantenham-se localizadas sobre os um ou mais geradores de campo magnético enquanto uma solução de lavagem e/ou um líquido transportando substratos químicos flui sobre as partículas magnéticas.

O Sistema de Detecção

[0168] Uma concretização de um sistema de detecção 2800, que inclui o dispositivo de coleta de amostra 400 da Figura 4, o dispositivo de cartucho 700 das Figuras 7A e 7B e o dispositivo leitor 2200 da Figura 22, é ilustrada nas Figuras 28A e 28B. Os dispositivos que constituem o sistema são ilustrados à parte, antes do uso, na Figura 28A e em uma configuração interligada, em uso, na Figura 28B. O dispositivo de coleta de amostra 400 de várias concretizações, inclusive a concretização da Figura 28A, é descartável e configurado para uso uma única vez. Ele pode vir dentro de uma embalagem estéril removível. Depois de inserido no túnel de entrada 712 do cartucho 700, o dispositivo de coleta de amostra 400 é travado em um engate fixo permanente e não pode ser usado novamente. À semelhança, o cartucho 700 ilustrado é descartável e configurado para uso uma única vez. Depois que o dispositivo de coleta de amostra 400 trava no lugar dentro do túnel de entrada 712 do cartucho 700, o cartucho 7000 não pode ser usado novamente. Contudo, o cartucho 700 pode ser removido do leitor 2200. Em várias concretizações, o cartucho 700 e o leitor 2200 são configurados para ser acoplados separadamente, e o cartucho 700 pode ser inserido e removido do encaixe do leitor 220 ao menos antes e depois da implementação de um protocolo de detecção. Em algumas concretizações, o leitor 2200 pode incluir um mecanismo de trava para travar temporariamente o cartucho 700 no lugar e restringir a remoção durante um ciclo de testes de detecção. O leitor 2200 de várias concretizações é reutilizável.

[0169] Além disso, em certas concretizações, o leitor 2200 e todo o sistema de detecção 280 são configurados para uso não clínico e voltado ao consumidor. Logo, o sistema 2800 de algumas concretizações é fácil de usar e gera resultados rapidamente. Em algumas concretizações, os resultados de um protocolo de detecção de analitos almejados são gerados em 30 minutos ou menos desde a hora em que uma amostra de um dispositivo de coleta de amostra 400 é inserida no cartucho 700 do sistema. Em algumas concretizações, os resultados são gerados em menos de 20 minutos, em algumas concretizações, menos de 10 minutos e, em algumas concretizações, os resultados são gerados em menos de 5 minutos. Além disso, o sistema voltado ao consumidor de algumas concretizações é pequeno visando à presença não obstrutiva dentro de uma casa, escola, escritório ou outro local de uso. Em algumas concretizações, o sistema tem menos de 30 cm de altura, menos de 30 cm de largura e menos de 30 cm de comprimento; em algumas concretizações, a altura, a largura e o comprimento têm menos de 20 cm cada; em algumas concretizações, um ou mais dentre a altura, a largura e o comprimento têm menos de 10 cm. Em algumas concretizações, juntos, o cartucho 700, o dispositivo de coleta de amostra 400 e o leitor 2200 formam um sistema 2800 aproximadamente do tamanho de um smartphone ou outro dispositivo de computação móvel. Em algumas concretizações, o sistema é dimensionado e configurado para ser portátil. Nessas concretizações, além de um modelo compacto e portátil, todos os líquidos dentro da amostra são adequadamente vedados e separados de tal modo que nenhum vazamento ou reação de oxidação prematura ocorra devido ao choque dos componentes do sistema durante o trânsito.

[0170] Para promover o uso por pessoas leigas em dependências não clínicas, o sistema 2800 de algumas concretizações é projetado para ser "à prova de leigos" ao incluir um protocolo de detecção auto-acionável e auto-executável. Por exemplo, a Figura 28B ilustra um exemplo em que o cartucho 700 foi posicionado no encaixe 2210 do leitor 2200 e o dispositivo de coleta de amostra 400 foi inserido no túnel de entrada 712 do cartucho 700. Na concretização ilustrada, carregar o cartucho 700 no leitor 2200 estabelece uma conexão elétrica entre os pinos do cartucho 700 e o leitor 2200, completando assim um circuito dentro do leitor 2200 que ativa automaticamente o leitor. Ao ser ativado, o leitor 2200 de algumas concretizações ativa seu sonicador, se presente, utilizando o sonicador para detectar a entrada de um dispositivo de coleta de amostra 400 no primeiro reservatório. Quando da detecção, o leitor 2200 de várias concretizações é configurado para iniciar um protocolo de detecção automaticamente sem nenhuma intervenção humana adicional. O início automatizado garante que a mistura de reagentes e amostra dentro do primeiro reservatório aconteça de maneira consistente em um tempo fixo após a introdução do dispositivo de coleta de amostra, levando a resultados de teste consistentes. Em outras concretizações, nas quais não há sonicador, o protocolo de teste pode iniciar quando o usuário pressionar um botão ou ícone "enter", "ativar", "executar" ou outro botão ou ícone semelhante no leitor 220 ou em um dispositivo de computação remoto 2820.

[0171] Conforme descrito em mais detalhes abaixo, e conforme ilustram as Figuras 28A e 28B, em algumas concretizações, o sistema 2800 inclui um dispositivo de computação remoto 2820. O dispositivo de computação remoto 2820 pode ser um dispositivo de computação móvel, tal como, por exemplo, um smartphone, tablet ou dispositivo portátil, ou um laptop ou outro computador. Conforme ilustra a Figura 28A, em algumas concretizações, o leitor 2200 comunica-se com o dispositivo de computação remoto 2820 por conexão sem fio. Em outras concretizações, uma conexão com fio removível, tal como uma conexão via cabo, é estabelecida entre o leitor 2200 e o dispositivo de computação remoto 2820. Em ainda outras concretizações, como a concretização das Figuras 29A e 29B, um leitor de analitos 2910 com uma base de encaixe de cartucho 2915 dentro do sistema 2900 liga-se de maneira removível ao dispositivo de computação remoto 2920 diretamente, por exemplo, por conexão através de um plugue 2912 em uma entrada de headphone ou porta de carregamento elétrico.

[0172] Em várias concretizações, o dispositivo de computação remoto pode ser incluído no sistema: para proporcionar mais poder de computação e/ou mais memória; para proporcionar um transceptor sem fio para receber dados e transmitir dados a um servidor remoto; e/ou para proporcionar uma tela de exibição e interface do usuário. Um dispositivo de computação remoto não é necessário em todas as concretizações. Por exemplo, conforme ilustra a Figura 30, em algumas concretizações, o leitor 3000 inclui um processador e memória (não ilustrados), um encaixe 3015 para um cartucho, além de uma tela de toque ou outra interface do usuário 3010. Nessas concretizações, o leitor é configurado para identificar o protocolo de teste apropriado, executar o protocolo de teste, analisar os resultados brutos recebidos dos sensores no sistema e exibir resultados digitais ao usuário. O leitor dessas concretizações pode incluir ainda um receptor e transmissor sem fio para acessar e transmitir dados a partir de servidores remotos.

[0173] Uma concretização de um sistema de detecção de analitos é ilustrada esquematicamente na Figura 31. A Figura 31 traz uma ilustração esquemática das interações entre componentes computadorizados dentro de uma concretização de um sistema de detecção de analitos 3100. Os versados na técnica perceberão que a concretização é de caráter meramente ilustrativo e que vários componentes podem ser adicionados, excluídos ou substituídos e várias hierarquias e modos de comunicação diferentes entre os dispositivos podem ser empregados.

No exemplo ilustrado, o sistema de detecção 3100 é composto por vários dispositivos computadorizados, inclusive um leitor 3130, um dispositivo com uma interface do usuário 3140 e um servidor 3150. Embora não computadorizados, o sistema 3100 inclui ainda um dispositivo de coleta de amostra 3110 e um cartucho 3120 ilustrados ligados ao leitor 3130. Deve-se ter em mente que, em certas concretizações descritas com referência à Figura 31, o leitor 3130 pode representar qualquer concretização de leitor descrita em qualquer outra parte neste documento, tal como, por exemplo, o leitor 2200, o leitor 2910 ou o leitor 3000. À semelhança, o dispositivo com uma interface do usuário 3140 pode representar qualquer dispositivo do tipo descrito neste documento, tal como o dispositivo de computação móvel 2820 ou 2920. O cartucho 2820 pode representar qualquer concretização de cartucho descrita neste documento, tal como o cartucho 700, 800 ou 900, e o dispositivo de coleta de amostra 2810 pode representar qualquer dispositivo de coleta de amostra descrito neste documento, tal como o dispositivo de coleta 400 ou 600. O sistema 3100 inclui uma rede de comunicação 3160 através da qual alguns ou todos os vários dispositivos comunicam-se entre si.

A rede pode ser uma rede de área local (LAN) ou uma rede de longa distância (WAN). Em algumas concretizações, a rede é uma rede de comunicação sem fio, tal como, por exemplo, uma rede WiMAX móvel, rede LTE, rede Wi-Fi ou outra rede sem fio.

Em outras concretizações, a comunicação entre o computador com uma interface do usuário 3140 e o servidor 3150 ocorre através da internet por meio de uma rede com fio, tal como uma conexão via cabo DSL.

[0174] Em algumas concretizações, o leitor 3130 e o dispositivo com uma interface do usuário 3140 não são dispositivos separados, mas, em vez disso, ambos são incluídos dentro do dispositivo leitor 3130, por exemplo, conforme ilustra a Figura 30. Nessas concretizações, a comunicação entre o processador do leitor e a interface do usuário ocorre internamente dentro do leitor 3130 através da transmissão de sinais elétricos.

[0175] Em outras concretizações, o leitor 3130 e o dispositivo com uma interface do usuário 3140 são dispositivos separados. Em algumas concretizações, o dispositivo com a interface do usuário 3140 é um smartphone ou outro dispositivo de computação móvel. A comunicação entre o leitor 3130 e o dispositivo de computação móvel 3140 pode ocorrer por conexão sem fio, por exemplo, usando Bluetooth®, comunicações por campo de proximidade ou outra tecnologia de radiofrequência. Como alternativa, a transmissão de sinais entre o leitor 3130 e o dispositivo de computação móvel 3140 pode ocorrer através de um fio, cabo ou outra conexão com fio ou direta. Em várias concretizações, o dispositivo de computação móvel ou outro dispositivo com uma interface do usuário 3140 inclui um aplicativo de software para uma interface gráfica do usuário front-end a fim de apresentar os resultados de teste ao usuário.

[0176] Em várias concretizações, o leitor 3130 é configurado para controlar os testes e processos necessários para detectar e/ou quantificar analitos almejados dentro de uma amostra. Para tanto, uma quantidade significativa de informações pode ser armazenada dentro da memória do leitor 3130. Como alternativa, algumas ou todas as informações podem ser armazenadas no servidor 3150 e acessíveis pelo leitor 3130 através da rede de comunicação 3160. Essas informações incluem, por exemplo, um banco de dados de chaves de cartucho, as quais identificam cada tipo de cartucho através do sinal gerado pela marca resistiva de identificação exclusiva do cartucho. As informações também incluem protocolos de teste associados a cada chave de cartucho. Os protocolos de teste podem especificar detalhes como por quanto tempo misturar os reagentes de preparo de amostra por sonicação, a frequência de sonicação, quando aquecer as várias válvulas sensíveis a calor etc. As informações também podem incluir tabelas de correlação para cada tipo de cartucho que correlacionam os sinais detectados pelos sensores à ausência, presença e/ou quantidade específica de um analito almejado. Além disso, as informações armazenadas pelo leitor 3130 e/ou servidor 3150 podem incluir um ou mais resultados históricos. Em algumas concretizações, o leitor 3130 armazena resultados de teste ao menos até que o leitor 3130 faça comunicação com um dispositivo de computação remoto; quando isso acontece, os resultados podem ser transmitidos ao dispositivo de computação remoto (dispositivo de computação móvel 3140 ou servidor 3150) para exibição e/ou armazenamento de longo prazo.

[0177] Em algumas concretizações, o servidor 3150 também armazena perfis de usuário, que podem incluir informações biográficas inseridas no sistema por um usuário através do dispositivo com uma interface do usuário 3140. Em algumas dessas concretizações, um registro de resultados de teste para cada usuário também é armazenado pelo servidor 3150 e acessível para visualização por parte do usuário através da transmissão desses dados ao dispositivo com uma interface do usuário 3140.

[0178] Em uma concretização, quando um cartucho 3120 é carregado no leitor 3130, este detecta sinais de uma marca, tal como uma marca resistiva ou código de barras eletrônico, no cartucho 3120 para detectar o tipo de cartucho. O leitor 3130 compara os sinais detectados a um banco de dados de sinais de marca ou chaves de cartucho conhecidas para determinar qual tipo de cartucho se faz presente. Se o sinal de marca detectado não for encontrado no banco de dados de chaves de cartucho, o leitor 3130 transmite uma mensagem ao servidor 3150 solicitando atualizações para o banco de dados de chaves de cartucho. O leitor 3130 pode transmitir a mensagem diretamente ao servidor 3150 ou indiretamente através do dispositivo de computação móvel

3140. O leitor 3130 pode receber ainda, direta ou indiretamente, dados para atualizações do banco de dados de chaves de cartucho. Os dados podem incluir novos tipos de cartucho e as chaves de cartucho e protocolos de teste correspondentes a cada tipo de cartucho. Em algumas concretizações, em seguida, o leitor 3130 identifica e implementa o protocolo de teste associado ao tipo de cartucho detectado. Ao receber sinais de um sensor de detecção, o leitor 3130 de algumas concretizações compara os sinais a uma tabela de correlação para processar os sinais e gerar resultados significativos. Os resultados podem ser transmitidos ao dispositivo com uma interface do usuário 3140 para exibição ao usuário. Os versados na técnica perceberão que as várias informações armazenadas pelos dispositivos de computação do sistema detector 3100 podem ser armazenadas por quaisquer um ou mais dos dispositivos e podem ser acessíveis aos demais dispositivos através do recebimento e transmissão de sinais de dados.

Os Métodos Computadorizados de Detecção

[0179] Conforme mencionado acima, o leitor computadorizado controla em grande medida as operações do sistema de detecção. O leitor inclui um processador e memória, esta com instruções armazenadas nela para implementar vários métodos necessários para detectar com êxito a presença, ausência e/ou quantidade de analitos almejados em uma amostra coletada. Por exemplo, uma concretização de um método realizado pelo leitor computadorizado de maneira automática é ilustrada na Figura 32.

[0180] No bloco 3202, o leitor computadorizado detecta a presença de um cartucho carregado no leitor. Por exemplo, em algumas concretizações, um cartucho é acoplado ao leitor de tal modo que os condutores elétricos no cartucho entrem em contato físico com pinos elétricos no conector, completando assim um circuito que aciona o leitor e sinaliza ao leitor a presença de um cartucho.

[0181] No bloco 3204, o leitor detecta informações de identificação associadas ao cartucho. Por exemplo, o cartucho de algumas concretizações inclui uma chave de identificação exclusiva em seu componente de placa de circuito, a qual gera sinais exclusivos ao tipo de cartucho específico do cartucho, permitindo assim que o leitor distinga entre tipos de cartucho. A chave de identificação pode ser um elemento resistivo, por exemplo, um resistor de montagem na superfície ou um elemento à base de tinta resistiva de tamanho ou formato exclusivos, ou pode ser outro gerador de sinais elétricos exclusivos.

[0182] O processador do leitor recebe os sinais da chave de identificação exclusiva a partir dos circuitos do leitor que detectaram os sinais e, conforme ilustra o bloco 3206, identifica um protocolo de teste apropriado para o cartucho com base na chave de identificação exclusiva. Em algumas concretizações, o processador do leitor compara os sinais da chave de identificação exclusiva a um banco de dados de chaves de identificação armazenado na memória. No banco de dados de algumas concretizações, cada chave de identificação é associada a um tipo de cartucho e protocolo de teste específicos. Se os sinais da chave de identificação recebidos do processador coincidirem com uma chave no banco de dados, o processador abrirá e executará o protocolo de teste correspondente. Se os sinais da chave de identificação não coincidirem com uma chave no banco de dados, o processador se comunica com um dispositivo de computação remoto, tal como um dispositivo de computação móvel e/ou servidor, para indicar que um cartucho não identificado foi detectado. Em algumas concretizações, o leitor baixa atualizações diretamente de um servidor ou indiretamente de um servidor com o dispositivo de computação móvel servindo de intermediário. Em algumas concretizações, quando um tipo de cartucho desconhecido é detectado, um usuário é avisado através da interface do usuário do dispositivo de computação móvel para baixar atualizações; em outras concretizações, as atualizações são baixadas automaticamente. Em várias concretizações, as atualizações incluem chaves de identificação de cartucho e protocolos de teste recém- desenvolvidos. Depois de baixar as novas chaves de identificação e protocolos de teste, eles são adicionados ao banco dados de testes suportados do leitor para que testes futuros com esse tipo de cartucho sejam automaticamente reconhecidos e implementados sem a necessidade de comunicação com dispositivos de computação remotos.

[0183] Conforme ilustra o bloco 3208, em várias concretizações, o leitor computadorizado detecta a introdução de um dispositivo de coleta de amostra em um primeiro reservatório do cartucho. Vários processos podem ser implementados para fazer essa detecção, como é explicado em mais detalhes na discussão sobre sonicação acima. Em várias concretizações, o processador do leitor recebe sinais de um elemento sonicador composto parcial ou totalmente por um elemento piezelétrico no leitor. Ao monitorar o elemento sonicador para identificar mudanças nos sinais gerados por um evento mecânico dentro do reservatório, o processador pode identificar quando uma mudança na pressão e/ou uma mudança na ressonância e/ou uma mudança em um sinal refletido (pressão ou onda sonora) ocorreram no primeiro reservatório do cartucho através da capacidade de o elemento piezelétrico converter sinais mecânicos em sinais elétricos que podem ser amplificados e entendidos através de uma combinação de circuitos e processador em comunicação eletrônica com o referido elemento piezelétrico; essas mudanças são indicativas da introdução de um dispositivo de coleta de amostra no reservatório.

[0184] No bloco 3210, o processador do leitor envia sinais ao sonicador para instruí-lo a iniciar um protocolo de sonicação para misturar vários reagentes, moléculas de afinidade e partículas de amostra dentro de um líquido no primeiro reservatório. Em várias concretizações, a mistura resultante inclui partículas magnéticas ligadas aos: analitos almejados, analitos almejados e agentes detectores e/ou agentes de ligação competitivos. Conforme usados neste documento, os complexos sanduíche referem-se a partículas magnéticas ligadas direta ou indiretamente a analitos almejados e agentes detectores; os complexos de ligação competitiva referem-se a partículas magnéticas ligadas a agentes de ligação competitivos. Cada complexo sanduíche e complexo de ligação competitiva inclui um agente detector ligado dentro do complexo. Em uma concretização descrita neste documento, o agente detector é uma enzima oxidante.

[0185] Conforme ilustra o bloco 3212, em algumas concretizações, o leitor gera uma corrente, que aquece ou estimula de alguma outra forma um primeiro elemento calefator, fazendo assim com que o calor seja transferido a uma primeira válvula termicamente acionada dentro do cartucho. Em algumas concretizações, isso faz com que a válvula derreta ou sofra uma mudança de fase, o que permite que o líquido deixe o primeiro reservatório e entre em um canal de análise via ação capilar. À medida que o líquido flui, ele transporta a mistura junto com ele, e as partículas magnéticas dentro da mistura, incluindo as partículas magnéticas dentro de complexos sanduíche e/ou complexos de ligação competitiva, localizam-se sobre um ou mais campos magnéticos dentro do canal de análise, formando assim uma ou mais amostras localizadas.

[0186] Como opção, no bloco 3214, o leitor gera uma corrente, a qual aquece ou estimula de alguma outra forma um segundo elemento calefator de tal modo que uma segunda válvula dentro do cartucho sofra uma mudança de fase e uma solução de lavagem flua de um segundo reservatório ao canal de análise. Em várias concretizações, a solução de lavagem remove, de uma ou mais amostras localizadas, enzimas oxidantes (ou outros agentes detectores) que não se ligam indiretamente a partículas magnéticas.

[0187] No bloco 3216, o leitor gera uma corrente, a qual aquece ou estimula de alguma outra forma um terceiro elemento calefator de tal modo que uma terceira válvula dentro do cartucho sofra uma mudança de fase e uma solução de substrato flua de um terceiro reservatório ao canal de análise. Em várias concretizações, quando o agente detector é uma enzima oxidante, as enzimas oxidantes dentro dos complexos sanduíche e/ou complexos de ligação competitiva de cada amostra localizada oxidam as moléculas de substrato presentes nos meios aquosos usados para transportar as referidas moléculas de substrato. Em concretizações em que complexos sanduíche se fazem presentes, a oxidação acontece em uma célula eletroquímica formada por um sensor eletroquímico e o volume líquido substancialmente sobre ele, e os elétrons fluem do elétrodo de trabalho do sensor eletroquímico ao volume substancialmente acima do referido sensor em uma quantidade proporcional à quantidade de analitos almejados presentes na amostra localizada. Em concretizações em que complexos de ligação competitiva se fazem presentes, a oxidação acontece em uma célula eletroquímica formada por um sensor eletroquímico e o volume de líquido substancialmente sobre o referido sensor, e os elétrons fluem a partir do elétrodo de trabalho do sensor eletroquímico em uma quantidade inversamente proporcional à quantidade de analitos almejados presentes na amostra localizada.

[0188] No bloco 3218, o processador do leitor recebe do conector elétrico do leitor um primeiro sinal detectado no sensor eletroquímico. Em várias concretizações, o sinal é uma tensão elétrica ou sinal de corrente. Ao menos parte do sinal é causada pela oxidação do substrato. No bloco 3220, o processador do leitor recebe do conector elétrico do leitor um segundo sinal detectado por um sensor de referência. No bloco 3222, o processador do leitor calcula um sinal resultante subtraindo ou aplicando outro algoritmo para remover o segundo sinal do primeiro sinal a fim de levar em conta e/ou eliminar o ruído que pode se fazer presente no sistema. No bloco 3224, o processador do leitor processa e analisa o sinal resultante para identificar a presença e/ou quantidade de um analito almejado. Como opção, conforme ilustra o bloco 3226, em algumas concretizações, o leitor transmite sinais indicativos de um resultado de teste a um dispositivo de computação móvel para adicionalmente processar, armazenar, transmitir a um servidor e/ou exibir os resultados ao usuário.

[0189] Embora o disposto acima inclua descrições detalhadas de algumas concretizações a título ilustrativo e exemplificativo, os versados na técnica perceberão prontamente à luz dos ensinamentos dessas concretizações que é possível fazer várias mudanças e modificações sem divergir do âmbito nem da essência das Reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cartucho de Análise de Amostras, caraterizado por que compre- ende: um alojamento contendo uma pluralidade de reservatórios em uma extremidade distal de um túnel de entrada e um canal de análise, em que a pluralidade de reservatórios compre- ende um primeiro reservatório, pelo menos, parcialmente cheio com um primeiro volume de líquido que compreende a preparação das amostras reagentes, um segundo reservatório, pelo menos, parcialmente cheio com um segundo volume de líquido compreendendo uma solução de lavagem, e um terceiro reservatório, pelo menos, parcialmente cheio com um ter- ceiro volume de líquido que compreende um substrato químico, em que cada um dos reservatórios da pluralidade de reserva- tórios está, pelo menos, por vezes, em comunicação de fluido com o canal de análise e em que o túnel de entrada se estende a partir de uma aber- tura em uma superfície da alojamento até o primeiro reservatório; e uma placa de circuito acoplada ao alojamento, compreen- dendo a placa de circuito uma pluralidade de um ou mais sensores dis- postos dentro de uma parte do canal de análise.

2. Cartucho de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 1, caraterizado por que os reagentes para preparação de amostras compre- endem: uma pluralidade de partículas magnéticas que têm molécu- las de afinidade ligadas à superfície; uma pluralidade de agentes detectores; e uma pluralidade de agentes para facilitar o acesso ao analito alvo e ligação entre o analito alvo e as moléculas de afinidade ligadas à superfície e os agentes detectores.

3. Cartucho de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 1, caraterizado por que compreende ainda uma membrana disposta entre o túnel de entrada e o primeiro reservatório, em que a membrana arma- zena a seco uma pluralidade de agentes de ligação competitiva, compre- endendo cada agente de ligação competitiva um analito alvo pré-ligado a um agente de sinalização; e em que os reagentes para preparação de amostras no pri- meiro reservatório compreendem: uma pluralidade de partículas magné- ticas que têm moléculas de afinidade ligadas à superfície, e uma plurali- dade de agentes para facilitar o acesso ao analito alvo e para facilitar a ligação das moléculas de afinidade ligadas à superfície ao analito alvo ou o agente de ligação competitiva.

4. Cartucho de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 2 ou 3, caraterizado por que a pluralidade de partículas magnéticas com- preende partículas magnéticas de dois ou mais tamanhos e em que cada tamanho tem uma molécula de afinidade diferente ligada à superfície para ligação a um analito alvo diferente.

5. Cartucho de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 1, 2 ou 3, caraterizado por que compreende ainda uma pluralidade de vál- vulas correspondendo à pluralidade de reservatórios, em que uma válvula é posicionada em cada intersecção entre uma da pluralidade de reserva- tórios e o canal de análise.

6. Cartucho de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 5, caraterizado por que cada uma da pluralidade de válvulas é capaz de ser alterada de fase mediante a aplicação de calor e em que a placa de cir- cuito compreende ainda uma pluralidade de vias alinhadas com a plura- lidade de válvulas e cada uma acoplada eletricamente a um elemento de aquecimento.

7. Cartucho de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 1, 2 ou 3, caraterizado por que compreende ainda um material absorvente disposto numa extremidade a jusante do canal de análise.

8. Cartucho de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 1, 2 ou 3, que compreende ainda um componente interno acoplado à placa de circuito; caracterizado por que caraterísticas do componente interno definem pelo menos parcialmente a entrada de túnel, a pluralidade de reservatórios e o canal de análise.

9. Leitor de Análise de Amostras, caraterizado por que compreende: um gerador de campo magnético; um circuito que tem uma unidade de detecção de cartucho configurada para acoplar eletricamente o leitor de análise de amostras a um cartucho de análise de amostras; um processador que tem memória com instruções armaze- nadas na mesma; e um alojamento com um encaixe para acoplamento ao cartu- cho de análise de amostras, em que, quando o leitor de análise de amos- tras é acoplado ao cartucho de análise de amostras, o campo magnético criado pelo gerador de campo magnético é alinhado ou substancialmente alinhado com um sensor do cartucho de análise de amostras e o circuito está acoplado eletricamente ao sensor do cartucho de análise de amos- tras; em que o leitor de análise de amostras alternadamente pares para uma pluralidade de cartuchos de análise de amostras.

10. Leitor de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 9, caraterizado por que compreende ainda um componente de ultrassons acoplado eletricamente ao circuito, em que, quando o leitor de análise de amostras é acoplado ao cartucho de análise de amostras, o componente de ultrassons está alinhado com um reservatório de preparação de amos- tras no cartucho de análise de amostras.

11. Leitor de Análise de Amostras de acordo com a Reivindicação 10, caraterizado por que o componente de ultrassons piezoelétrico compre- ende um componente eletricamente acoplado ao processador.

12. Leitor de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 9, 10 ou 11, caraterizado por que o gerador de campo magnético compre- ende um íman permanente e opcionalmente em que o íman permanente compreende uma pluralidade de magnetos.

13. Leitor de Análise de Amostras de acordo com a Reivindicação 11, caraterizado por que o processador está configurado para executar as instruções armazenadas na memória, que, quando executadas, ocasio- nam que o processador execute um método que compreende: identificar um protocolo de ensaio adequado para o cartucho de análise de amostras acoplado com base, pelo menos em parte, nas informações de identificação de cartuchos recebida a partir do circuito; iniciar um protocolo de sonicação para que o componente de ultrassons misture os reagentes e partículas da amostra dentro de um líquido disposto no interior do reservatório de preparação de amostras,

em que a mistura facilita a hibridização de pelo menos alguns dos rea- gentes com as partículas da amostra; receber, através do circuito, sinais de detecção gerados pelo sensor do cartucho de análise de amostras; e processar os sinais de detecção.

14. Leitor de Análise de Amostras, de acordo com a Reivindicação 13, caraterizado por que o método executado pelo processador compreende ainda: transmitir dados com base, pelo menos, em parte nos sinais de voltagem para um dispositivo de computação móvel ou dispositivo de vi- sualização.

15. Leitor de análise de amostras de acordo com a Reivindicação 13 ou 14, caraterizado por que o método executado pelo processador compre- ende ainda a transmissão de um sinal para o circuito elétrico para forne- cer uma corrente elétrica para sequencialmente uma pluralidade de ele- mentos de aquecimento.