BR112017016937B1 - instrumento para análise biológica - Google Patents

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Abstract

Um instrumento para a análise biológica inclui uma base, uma fonte de excitação, um sensor óptico, um sistema óptico de excitação e um sistema óptico de emissão. A base é configurada para receber um suporte de amostra compreendendo uma pluralidade de amostras biológicas. O sensor óptico é configurado para receber as emissões a partir das amostras biológicas em resposta à fonte de excitação. O instrumento pode incluir adicionalmente uma lente de sensor envolvida por uma caixa de lente e um mecanismo de focagem incluindo uma engrenagem que engata a caixa de lente, o mecanismo de focagem sendo acessível de fora do invólucro para ajustar um foco O instrumento pode incluir ainda uma abertura de sensor disposta ao longo de um percurso óptico de emissão e uma estrutura de bloqueio disposta para cooperar com a abertura do sensor, de tal modo que nenhuma das radiações refletidas a partir de uma superfície iluminada próxima do suporte da amostra é recebida pelo sensor óptico que também não reflete outra superfície do instrumento.

Description

INSTRUMENTO PARA ANÁLISE BIOLÓGICA Antecedentes da Invenção Campo da Invenção
[001] A presente invenção se refere, em geral, a sistemas, dispositivos e métodos para observar, testar e/ou analisar uma ou mais amostras biológicas, e mais especificamente a sistemas, dispositivas e métodos compreendendo um sistema óptico para observar, testar e/ou analisar uma ou mais amostras biológicas.
Descrição da técnica relacionada Breve descrição dos Desenhos
[002] As modalidades da presente invenção podem ser melhor compreendidas a partir da descrição detalhada a seguir quando lida em conjunto com os desenhos anexos. Tais modalidades, que são apenas para fins ilustrativos, descrevem aspectos novos e não óbvios da invenção. Os desenhos incluem as seguintes figuras:
[003] A FIG 1 é uma representação esquemática de um sistema de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[004] A FIG 2 é uma representação esquemática de uma fonte de excitação de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[005] A FIG 3 é um gráfico de espectro normalizado de várias fontes de luz, incluindo uma fonte de luz de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[006] A FIG 4 é um gráfico de integração espectral em várias faixas de comprimento de onda para os espectros de fonte de luz mostrados na FIG. 3.
[007] As FIGS. 5 e 6 são vistas em perspectiva de um alojamento de instrumento de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[008] A FIG 7 é uma representação de modelo sólido de um sistema de processamento óptico e de amostra de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[009] A FIG 8 é uma representação de modelo sólido ampliada e do sistema óptico mostrado na FIG. 7.
[010] A FIG 9 é uma vista explodida de uma porção do sistema de processamento de amostra mostrado na FIG. 7.
[011] A FIG 10 é uma vista em seção de uma porção do sistema óptico mostrado na FIG. 7.
[012] A FIG 11 é uma vista em perspectiva superior de uma unidade de imageamento de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[013] A FIG 12 é uma vista em seção da unidade de imageamento mostrada na FIG. 11.
[014] As FIGS. 13 e 14 são vistas em perspectiva do fundo da unidade de imageamento mostrada na FIG. 11.
[015] As FIGS. 15-17 são vistas ampliadas das porções da unidade de imageamento mostrada na FIG. 11.
[016] A FIG 18 é uma vista em seção do sistema mostrado nas FIGS. 6 e 8.
[017] As FIGS. 19 e 20 são representações esquemáticas de um sistema de acordo com uma modalidade da presente invenção.
Descrição detalhada dos desenhos
[018] Como usado aqui, os termos "radiação" ou "radiação eletromagnética” significam energia radiante liberada por certos processos eletromagnéticos que podem incluir uma ou mais radiações eletromagnéticas de luz visível (por exemplo, energia radiante caracterizada por um ou mais comprimentos de onda entre 400 nanômetros e 700 nanômetros ou entre 380 nanômetros e 800 nanômetros) ou invisível (por exemplo, infravermelho, infravermelho próximo, ultravioleta (UV), raios-X ou radiação de raios gama).
[019] Como usado aqui, uma fonte de excitação significa uma fonte de radiação eletromagnética que pode ser direcionada para pelo menos uma amostra contendo um ou mais compostos químicos de tal modo que a radiação eletromagnética interage com a pelo menos uma amostra para produzir radiação eletromagnética de emissão indicativa de uma condição da pelo menos uma amostra. A fonte de excitação pode incluir fonte de luz. Como usado aqui, o termo "fonte de luz” se refere a uma fonte de radiação eletromagnética que compreende um espectro eletromagnético tendo um pico ou saída máxima (por exemplo, energia, potência ou intensidade) que está dentro da faixa de comprimento de onda visível do espectro eletromagnético (por exemplo, radiação eletromagnética dentro de um comprimento de onda na faixa de 400 nanômetros a 700 nanômetros ou na faixa de 380 nanômetros e 800 nanômetros). Adicionalmente ou alternativamente, a fonte de excitação pode compreender radiação eletromagnética dentro de pelo menos uma porção das porções de infravermelho (infravermelho próximo, infravermelho médio e/ou infravermelho distante) ou ultravioleta (ultravioleta próximo e/ou ultravioleta extremo) do espectro eletromagnético. Adicionalmente ou alternativamente, a fonte de excitação pode compreender radiação eletromagnética em outras bandas de comprimento de onda do espectro eletromagnético, por exemplo, nas porções de raios-X e/ou ondas de rádio do espectro eletromagnético. A fonte de excitação pode compreender uma única fonte de luz, por exemplo, uma lâmpada incandescente, uma lâmpada de descarga de gás (por exemplo, lâmpada de halogênio, lâmpada de xenônio, lâmpada de argônio, lâmpada de Criptônio, etc.), um diodo emissor de luz (LED), um LED orgânico (OLED), um laser ou similar. A fonte de excitação pode compreender uma pluralidade de fontes de luz individuais (por exemplo, uma pluralidade de LEDs ou lasers). A fonte de excitação também pode incluir um ou mais filtros de excitação, como um filtro passa-alta, um filtro passa-baixa ou um filtro passa-banda. Por exemplo, o filtro de excitação pode incluir um filtro colorido e/ou um filtro dicroico. A fonte de excitação compreende um feixe único ou uma pluralidade de feixes separados espacialmente e/ou temporariamente.
[020] Como usado aqui, uma "emissão" significa uma radiação eletromagnética produzida como resultado de uma interação de radiação de uma fonte de excitação com uma ou mais amostras contendo ou que se acredita que contêm uma ou mais moléculas químicas e/ou biológicas ou compostos de interesse. A emissão pode ser devido a uma reflexão, refração, polarização, absorção e/ou outro efeito óptico pela amostra na radiação da fonte de excitação. Por exemplo, a emissão pode compreender uma luminescência ou fluorescência induzida pela absorção da radiação eletromagnética de excitação por uma ou mais amostras. Como usado aqui, "luz de emissão" se refere a uma emissão compreendendo um espectro eletromagnético com um pico ou saída máxima (por exemplo, potência, energia ou intensidade) que está dentro da banda visível do espectro eletromagnético (por exemplo, radiação eletromagnética dentro de um comprimento de onda no intervalo de 420 nanômetros a 700 nanômetros).
[021] Como usado aqui, uma lente significa um elemento óptico configurado para direcionar ou focalizar a radiação eletromagnética incidente de modo a convergir ou divergir essa radiação, por exemplo, para fornecer uma imagem real ou virtual, seja a uma distância finita ou em um infinito óptico. A lente pode compreender um único elemento óptico com uma potência óptica fornecida por refração, reflexão e/ou difração da radiação eletromagnética incidente. Alternativamente, a lente pode compreender um sistema composto incluindo uma pluralidade de elementos ópticos, por exemplo, incluindo, mas não se limitando a uma lente acromática, uma lente de dupleto, objetiva tripla ou lente da câmara. A lente pode ser pelo menos parcialmente alojada ou pelo menos parcialmente envolvida por uma caixa de lentes ou uma montagem de lente.
[022] Como usado aqui, o termo "potência óptica" significa a capacidade de uma lente ou elemento óptico para convergir ou divergir a luz para fornecer um foco (real ou virtual) quando disposto no ar. Como usado aqui, o termo "comprimento focal" significa o recíproco da potência óptica. Como usado aqui, o termo "potência de difração" ou "potência óptica difrativa" significa a potência de uma lente ou elemento óptico, ou porção do mesmo, atribuível à difração de luz incidente em uma ou mais ordens de difração. Exceto quando indicado de outra forma, a potência óptica de uma lente, óptica ou elemento óptico é de um plano de referência associado à lente ou à elemento óptico (por exemplo, um plano principal de um elemento óptico).
[023] Como usado aqui, o termo "amostra biológica" significa uma amostra ou solução contendo qualquer tipo de produto químico ou componente biológico e/ou qualquer molécula alvo de interesse para um usuário, fabricante ou distribuidor das várias modalidades da presente invenção descritas ou implícitas aqui, bem como qualquer amostra ou solução que contenha produtos ou compostos químicos relacionados usados para a realização de um ensaio, experimento ou teste biológico. Estes produtos químicos, componentes ou moléculas alvos biológicas podem incluir, mas não se limitam a, sequências de DNA (incluindo DNA livre de células), sequências de RNA, genes, oligonucleotídeos, moléculas, proteínas, biomarcadores, células (por exemplo, células tumorais circulantes), ou qualquer outra biomolécula alvo adequada. Uma amostra biológica pode compreender uma ou mais de pelo menos uma sequência de ácido nucleico alvo, pelo menos um iniciador, pelo menos um tampão, pelo menos um nucleotídeo, pelo menos uma enzima, pelo menos um detergente, pelo menos um agente de bloqueio ou pelo menos um corante, marcador e/ou sonda adequados para detectar uma sequência de ácidos nucleicos alvo ou de referência. Em várias modalidades, tais componentes biológicos podem ser utilizados em conjunto com um ou mais métodos e sistemas de PCR em aplicações tais como de diagnósticos fetais, dPCR multiplex, detecção viral e padrões de quantificação, genotipagem, ensaios de sequenciamento, experimentos ou protocolos, validação de sequenciamento, detecção de mutações, detecção de organismos geneticamente modificados, detecção de alelos raros e/ou variação de número de cópias.
[024] De acordo com modalidades da presente invenção, uma ou mais amostras ou soluções contendo pelo menos um alvo biológico de interesse podem estar contidas, distribuídas, ou divididas entre uma pluralidade de pequenos volumes de amostra ou regiões de reação (por exemplo, volumes ou regiões como quantidade menor ou igual a 10 nanolitros, menor ou igual a 1 nanolitro, ou menor ou igual a 100 picolitros). As regiões de reação aqui descritas são geralmente ilustradas como sendo contidas em poços localizados em um material de substrato; no entanto, outras formas de regiões de reação de acordo com as modalidades da presente invenção podem incluir regiões de reação localizadas dentro de endentações ou orifícios de passagem formados em um substrato, manchas de solução distribuídas na superfície um substrato, amostras ou soluções localizadas em sítios de teste ou volumes de um sistema capilar ou microfluídico, ou dentro ou em uma pluralidade de microgrânulos ou microesferas
[025] Embora dispositivos, instrumentos, sistemas e métodos de acordo com as modalidades da presente invenção sejam geralmente dirigidos a dPCR e qPCR, as modalidades da presente invenção podem ser aplicáveis a quaisquer processos, experimentos, ensaios ou protocolos de PCR em que um grande número de regiões de reação é processado, observado e/ou medido. Em um ensaio ou experimento de dPCR, de acordo com as modalidades da presente invenção, uma solução diluída contendo pelo menos uma sequência de polinucleotídeos ou nucleotídeos alvo é subdividida em uma pluralidade de regiões de reação, de modo que pelo menos algumas destas regiões de reação contêm uma molécula da sequência de nucleotídeos alvo ou nenhuma sequência de nucleotídeos alvo. Quando as regiões de reação são subsequentemente cicladas termicamente em um protocolo, procedimento, ensaio, processo ou experimento de PCR, as regiões de reação que contêm uma ou mais moléculas da sequência de nucleotídeos alvo são amplamente amplificadas e produzem um sinal de detecção positivo e detectável, enquanto aquelas não contendo nenhuma sequência de nucleotídeos alvo não são amplificadas e não produzem um sinal de detecção, ou produzem um sinal que está abaixo de um limite ou nível de ruído predeterminado. Com o uso de estatísticas de Poisson, o número de sequências de nucleotídeos alvo em uma solução original distribuída entre as regiões de reação pode ser correlacionado com o número de regiões de reação que produzem um sinal de detecção positivo. Em algumas modalidades, o sinal detectado pode ser usado para determinar um número, ou faixa de números, de moléculas-alvos contidas na solução original. Por exemplo, um sistema de detecção pode ser configurado para distinguir entre regiões de reação contendo uma molécula alvo e regiões de reação contendo duas ou pelo menos duas moléculas alvos. Adicionalmente ou alternativamente, o sistema de detecção pode ser configurado para distinguir entre regiões de reação contendo um número de moléculas alvos que está em ou abaixo de uma quantidade predeterminada e regiões de reação contendo mais do que a quantidade predeterminada. Em certas modalidades, os processos, ensaios ou protocolos de qPCR e dPCR são conduzidos usando um único dispositivo, instrumentos ou sistemas e métodos.
[026] Com referência à FIG. 1, um sistema, aparelho ou instrumento 100 para análise biológica compreende um ou mais de um processador eletrônico, computador ou controlador 200, uma base, montagem ou conjunto de bloco de amostras 300 configurado para receber e/ou processar uma amostra biológica ou bioquímica e/ou um sistema, aparelho ou instrumento óptico 400. Sem limitar o alcance da presente invenção, o sistema 100 pode compreender um instrumento de sequenciamento, um instrumento de reação em cadeia de polimerase (PCR) (por exemplo, um Instrumento de PCR em tempo real (qPCR) e/ou PCR digital (dPCR)), instrumento de eletroforese capilar, um instrumento para fornecer informações de genotipagem, ou similares.
[027] O processador eletrônico 200 é configurado para controlar, monitorar e/ou receber dados do sistema óptico 400 e/ou da base 300. O processador eletrônico 200 pode ser fisicamente integrado no sistema óptico 400 e/ou na base 300. Adicionalmente ou alternativamente, o processador eletrônico 200 pode ser separado do sistema óptico 400 e da base 300, por exemplo, um computador desktop externo, um computador laptop, um computador notepad, um computador tablet ou similar. A comunicação entre o processador eletrônico 200 e o sistema óptico 400 e/ou base 300 pode ser realizada diretamente através de uma conexão física, como um cabo USB ou similar, e/ou indiretamente através de uma conexão sem fio ou de rede (por exemplo, via conexão Wi-Fi, uma rede de área local, conexão à internet, conexão de nuvem, etc.). O processador eletrônico 200 pode incluir armazenamento de memória eletrônica contendo parâmetros de instruções, rotinas, algoritmos, teste e/ou de configuração, dados de teste e/ou experimentais ou similares. O processador eletrônico 200 pode ser configurado, por exemplo, para operar vários componentes do sistema óptico 400 ou para obter e/ou processar dados fornecidos pela base 300. Por exemplo, o processador eletrônico 200 pode ser usado para obter e/ou processar dados ópticos fornecidos por um ou mais fotodetectores do sistema óptico 400.
[028] Em certas modalidades, o processador eletrônico 200 pode ser integrado no sistema óptico 400 e/ou base 300. O processador eletrônico 200 pode se comunicar com computador externo e/ou transmitir dados para um computador externo para processamento posterior, por exemplo, usando uma conexão de hardwire, uma rede de área local, uma conexão à internet, um sistema de computação em nuvem ou similar. O computador externo pode ser um computador físico, como um computador de mesa, um computador laptop, um computador notepad, um computador tablet ou outro, que esteja localizado dentro ou próximo do sistema 100. Adicionalmente ou alternativamente, um ou ambos dentre o computador externo e o processador eletrônico 200 podem incluir um dispositivo ou sistema virtual, como um sistema de computação em nuvem ou de armazenamento. Os dados podem ser transferidos entre os dois através de uma conexão sem fio, um sistema de armazenamento em nuvem ou de computação ou similar. Adicionalmente ou alternativamente, os dados do processador eletrônico 200 (por exemplo, do sistema óptico 400 e/ou base 300) podem ser transferidos para um dispositivo de armazenamento de memória externo, por exemplo, um disco rígido externo, um módulo de memória USB, um sistema de armazenamento em nuvem, ou similar.
[029] Em certas modalidades, a base 300 está configurada para receber um suporte de amostra ou transportador de amostra 305. O suporte de amostra 305 pode compreender uma pluralidade ou matriz de regiões, sítios ou locais de reação espacialmente separados 308 para conter uma pluralidade ou matriz correspondente de amostras biológicas ou bioquímicas 310. As regiões de reação 308 podem compreender qualquer pluralidade de volumes ou locais de isolamento ou configuradas para isolar a pluralidade de amostras biológicas ou bioquímicas 310. Por exemplo, as regiões de reação 308 podem compreender uma pluralidade de orifícios ou poços de passagem no substrato ou conjunto (por exemplo, poços de amostra em uma placa de microtitulação padrão), uma pluralidade de grânulos de amostra, microgrânulos ou microesferas em um canal, capilar ou câmara, uma pluralidade de locais distintos em uma célula de fluxo, uma pluralidade de manchas de amostra em uma superfície de substrato, ou uma pluralidade de poços ou aberturas configuradas para receber um suporte de amostra (por exemplo, as poços em um conjunto de bloco de amostra configuradas para receber uma placa de microtitulação).
[030] A base 300 pode compreender um conjunto de bloco de amostra configurado para controlar a temperatura do suporte de amostra 305 e/ou amostras biológicas 310. O conjunto de bloco de amostra 300 pode compreender um ou mais dentre um bloco de amostra, um dispositivo de Peltier ou outro aparelho para controlar ou fazer ciclagem da temperatura, e/ou um dissipador de calor (por exemplo, para ajudar a estabilizar a temperatura). A base 300 pode compreender um controlador térmico ou um termociclador, por exemplo, para fornecer ou realizar um ensaio de PCR.
[031] O aparelho de reação 300 pode incluir o suporte de amostra 305. Pelo menos algumas das regiões de reação 308 podem incluir uma ou mais amostras biológicas 310. As amostras biológicas ou bioquímicas 310 podem incluir uma ou mais de pelo menos uma sequência de ácido nucleico alvo, pelo menos um iniciador, pelo menos um tampão, pelo menos um nucleotídeo, pelo menos uma enzima, pelo menos um detergente, pelo menos um agente de bloqueio, ou pelo menos um corante, marcador e/ou sonda adequados para detectar uma sequência de ácido nucleico alvo ou de referência. O suporte de amostra 305 pode ser configurado para realizar pelo menos um de um ensaio de PCR, um ensaio de sequenciamento ou um ensaio de eletroforese capilar, um ensaio de blot. Em certas modalidades, o suporte de amostra 305 pode compreender um ou mais dentre uma placa de microtitulação, um substrato que compreende uma pluralidade de poços ou orifícios de passagens, um substrato que compreende um ou mais canais ou capilares, ou uma câmara que compreende uma pluralidade de grânulos ou esferas contendo uma ou mais amostras biológicas. As regiões de reação 308 podem compreender uma ou mais de uma pluralidade de poços, uma pluralidade de orifícios de passagem no substrato, uma pluralidade de locais distintos sobre um substrato ou dentro de um canal ou capilar, uma pluralidade de microgrânulos ou microesferas dentro de um volume de reação, ou similar. O suporte de amostra 305 pode compreender uma placa de microtitulação, por exemplo, em que as regiões de reação 308 podem compreender pelo menos 96 poços, pelo menos 384 ou pelo menos 1536 poços.
[032] Em certas modalidades, o suporte de amostra 305 pode compreender um substrato incluindo uma primeira superfície, uma segunda superfície oposta e uma pluralidade de orifícios de passagem dispostos entre as superfícies, a pluralidade de orifícios de passagem configurada para conter uma ou mais amostras biológicas, por exemplo, como discutido nos números de Publicação dos Pedidos de Patente US 2014-0242596 e WO 2013/138706, cujos pedidos de patente são aqui incorporadas por referência como se fossem aqui totalmente expostos. Em tais modalidades, o substrato pode compreender pelo menos 3096 orifícios de passagem ou pelo menos 20.000 orifícios de passagem. Em certas modalidades, o suporte de amostra 305 pode compreender uma série de capilares configurados para passar uma ou mais moléculas alvos ou sequência de moléculas.
[033] Em certas modalidades, o sistema 100 pode opcionalmente incluir uma cobertura aquecida ou controlada por temperatura 102 que pode estar disposta acima do suporte de amostra 305 e/ou base 300. A cobertura aquecida 102 pode ser utilizada, por exemplo, para evitar a condensação acima das amostras contidas no suporte de amostra 305, que pode ajudar a manter o acesso óptico a amostras biológicas 310.
[034] Em certas modalidades, o sistema óptico 400 compreende uma fonte de excitação, fonte de iluminação, fonte de radiação ou fonte de luz 402 que produz pelo menos um primeiro feixe de excitação 405a caracterizado por um primeiro comprimento de onda e um segundo feixe de excitação 405b caracterizado por um segundo comprimento de onda que é diferente do primeiro comprimento de onda. O sistema óptico 400 também compreende um sensor óptico ou detector óptico 408 configurado para receber emissões ou radiação de uma ou mais amostras biológicas em resposta à fonte de excitação 410 e/ou a uma ou mais feixes de excitação 405a, 405b. O sistema óptico 400 compreende adicionalmente um sistema óptico de excitação 410 disposto ao longo de um percurso óptico de excitação 412 entre a fonte de excitação 402 e uma ou mais amostras biológicas a serem iluminadas. O sistema óptico 400 compreende ainda um sistema óptico de emissão 415 disposto ao longo de um percurso óptico de emissão 417 entre a (s) amostra (s) iluminada (s) e o sensor óptico 408. Em certas modalidades, o sistema óptico 400 pode compreender um divisor de feixes 420. O sistema óptico 400 pode opcionalmente incluir um anteparo de feixes ou defletor de radiação 422 configurado para reduzir ou evitar a reflexão da radiação no percurso óptico de emissão 417 a partir da fonte de excitação 402 que invade o divisor de feixes 420.
[035] Na modalidade ilustrada na FIG. 1, bem como em outras modalidades da invenção aqui descrita, a fonte de excitação 402 compreende uma fonte de radiação 425. A fonte de radiação 425 pode compreender uma ou mais de pelo menos uma lâmpada incandescente, pelo menos uma lâmpada de descarga de gás, pelo menos um diodo emissor de luz (LED), pelo menos um diodo emissor de luz orgânico e/ou pelo menos um laser. Por exemplo, a fonte de radiação 425 pode compreender pelo menos uma lâmpada de halogênio, lâmpada de xenônio, lâmpada de argônio, lâmpada de criptônio, laser de diodo, laser de argônio, laser de xenônio, laser de excímeros, laser de estado sólido, laser de hélio-neônio, laser de corante ou combinações dos mesmos. A fonte de radiação 425 pode compreender uma fonte de luz caracterizada por um comprimento de onda máximo ou central na banda visível do espectro eletromagnético. Adicionalmente ou alternativamente, a fonte de radiação 425 pode compreender uma fonte de ultravioleta, infravermelho ou infravermelho próximo com um comprimento de onda máximo ou central correspondente dentro de uma dessas bandas de comprimento de onda do espectro eletromagnético. A fonte de radiação 425 pode ser uma fonte de banda larga, por exemplo, com uma largura de banda espectral de pelo menos 100 nanômetros, pelo menos 200 nanômetros, ou pelo menos 300 nanômetros, onde a largura de banda é definida como uma faixa sobre a qual a intensidade, potência ou energia de saída é maior do que uma quantidade predeterminada (por exemplo, onde a quantidade predeterminada é de ou cerca de 1%, 5% ou 10% de um comprimento de onda máximo ou central da fonte de radiação). A fonte de excitação 402 pode compreender adicionalmente uma lente de origem 428 configurada para condicionar as emissões da fonte de radiação 425, por exemplo, para aumentar a quantidade de radiação de excitação recebida no suporte da amostra 305 e/ou nas amostras biológicas 310. A lente de origem 428 pode compreender uma lente simples ou pode ser uma lente composta incluindo dois ou mais elementos.
[036] Em certas modalidades, a fonte de excitação 402 compreende ainda dois ou mais filtros de excitação 430 móveis dentro e fora do percurso óptico de excitação 412, por exemplo, usados em combinação com uma fonte de excitação de banda larga 402. Em tais modalidades, diferentes filtros de excitação 430 podem ser usados para selecionar diferentes faixas de comprimento de onda ou canais de excitação adequados para induzir fluorescência de um respectivo corante ou marcador dentro das amostras biológicas 310. Um ou mais filtros de excitação 430 podem ter uma largura de banda de comprimento de onda que é pelo menos ± 10 nanômetros ou pelo menos ± 15 nanômetros. Os filtros de excitação 430 podem compreender uma pluralidade de filtros que, em conjunto, fornecem uma pluralidade de bandas passantes adequadas para fluorescência de um ou mais dentre um corante SYBR® ou sonda, um corante FAM TM ou sonda, um corante VIC® ou sonda, um corante ROX TM ou sonda, ou um corante TAMRATM ou sonda. Os filtros de excitação 430 podem ser arranjados em uma roda de filtro giratória (não mostrada) ou outro dispositivo ou aparelho apropriado fornecendo diferentes canais de excitação usando a fonte de excitação 402. Em certas modalidades, os filtros de excitação 430 compreende pelo menos 5 filtros ou pelo menos 6 filtros.
[037] Em certas modalidades, a fonte de excitação 402 pode compreender uma pluralidade de fontes de excitação individuais que podem ser combinadas usando um ou mais divisores de feixes ou combinadores de feixes, de modo que a radiação de cada fonte de excitação individual seja transmitida ao longo de um percurso óptico comum, por exemplo, ao longo do percurso óptico de excitação 412 mostrado na FIG. 1. Alternativamente, pelo menos algumas das fontes de excitação individuais podem ser dispostas para fornecer feixes de excitação que se propagam ao longo de percursos ópticos diferentes, não sobrepostos, por exemplo, para iluminar diferentes regiões de reação da pluralidade de regiões de reação 308. Cada uma das fontes de excitação individuais pode ser tratada, ativada ou selecionada para iluminar as regiões de reação 308, por exemplo, individualmente ou em grupos ou todas simultaneamente. Em certas modalidades, as fontes de excitação individuais podem ser organizadas em uma matriz unidimensional ou bidimensional, em que uma ou mais das fontes de excitação individuais é caracterizada por um comprimento de onda máximo ou central que é diferente de pelo menos uma das outras fontes de excitação individuais na matriz.
[038] Em certas modalidades, o primeiro feixe de excitação 405a compreende uma primeira faixa de comprimento de onda sobre a qual uma intensidade, potência ou energia do primeiro feixe de excitação 405a está acima de um primeiro valor predeterminado e o segundo feixe de excitação 405b compreende uma segunda faixa de comprimento de onda sobre a qual uma intensidade, potência ou energia do segundo feixe de excitação 405b está acima de um segundo valor predeterminado. O comprimento de onda característico dos feixes de excitação 405a, 405b pode ser um comprimento de onda central da faixa de comprimento de onda correspondente ou um comprimento de onda de intensidade, potência ou energia eletromagnética máxima sobre a faixa de comprimento de onda correspondente. Os comprimentos de onda centrais de pelo menos um dos feixes de excitação 405 podem ser um comprimento de onda médio ao longo da faixa de comprimento de onda correspondente. Para cada feixe de excitação 405 (por exemplo, feixes de excitação 405a, 405b), o valor predeterminado pode ser menor do que 20% da intensidade, potência ou energia máxima correspondente; menos de 10% da intensidade, potência ou energia máxima correspondente; menos de 5% da intensidade, potência ou energia máxima correspondente; ou menos de 1% da intensidade, potência ou energia máxima correspondente. Os valores predeterminados podem ser iguais para todos os feixes de excitação 405 (por exemplo, para ambos os feixes de excitação 405a, 405b) ou os valores predeterminados podem ser diferentes uns dos outros. Em certas modalidades, as faixas de comprimento de onda do primeiro e do segundo feixes de excitação 405a, 405b não se sobrepõem, enquanto em outras modalidades, pelo menos uma das faixas de comprimento de onda se sobrepõe, pelo menos parcialmente à outra. Em certas modalidades, o primeiro e o segundo comprimentos de onda centrais são separados por pelo menos 20 nanômetros. Em certas modalidades, pelo menos uma dentre a primeira e a segunda faixas de comprimento de onda tem um valor de pelo menos 20 nanômetros ou pelo menos 30 nanômetros.
[039] O sistema óptico de excitação 410 está configurado para direcionar feixes de excitação 405a, 405b para uma ou mais amostras biológicas. Quando aplicável, as referências aqui aos feixes de excitação 405a, 405b podem ser aplicadas na modalidade compreendendo mais do que dois feixes de excitação 405. Por exemplo, a fonte de excitação 402 pode ser configurada para direcionar pelo menos cinco ou seis feixes de excitação 405. Os feixes de excitação 405a, 405b podem ser produzidos ou fornecidos simultaneamente, podem ser temporariamente separados e/ou podem ser espacialmente separados (por exemplo, em que os feixes de excitação 405a são direcionados para uma região de reação 308 e os feixes de excitação 405b são direcionados para uma região de reação diferente 308). Os feixes de excitação 405 podem ser produzidos sequencialmente, por exemplo, ao ativar e desativar sequencialmente a fonte de radiação individual de cores diferentes 425 que são caracterizadas por diferentes comprimentos de onda ou colocando sequencialmente filtros de cor diferentes na frente de uma única fonte de radiação 425. Alternativamente, a excitação dos feixes 405a, 405b pode ser produzida simultaneamente, por exemplo, usando um filtro de banda de múltiplos comprimentos de onda, um divisor de feixes ou um espelho, ou acoplando a fonte de radiação individual diferente 425, como dois diodos emissores de luz de diferentes cores (LEDs). Em algumas modalidades, a fonte de excitação 402 produz mais do que dois feixes de excitação 405, em que o sistema óptico de excitação 410 dirige cada um dos feixes de excitação para uma ou mais amostras biológicas 310.
[040] Com referência à FIG. 2, a fonte de excitação 402 pode compreender pelo menos 5 fontes radiantes individuais 425a, 425b, 425c, 425d, 425e que são combinadas para transmitir ao longo de um percurso óptico de excitação comum 412. A fonte de excitação 402 também pode incluir fontes correspondentes lentes 428a, 428b, 428c, 428d, 428e. A radiação das fontes radiais 425a, 425b, 425c, 425d, 425e pode ser combinada utilizando uma pluralidade de elementos ópticos combinadores 429a, 429b, 429c. Os elementos ópticos combinadores 429a, 429b, 429c podem compreender um ou mais de um filtro de densidade neutra, um divisor de feixes 50/50, um filtro ou espelho dicroico, um divisor de feixes de cubos ou similares. Os elementos ópticos combinadores 429a, 429b, 429c são um exemplo de como combinar várias fontes individuais 425 e será apreciado que outras combinações e disposições geométricas de fontes radiais individuais 425 e elementos ópticos combinadores 429 estão dentro do escopo das modalidades da presente invenção. Uma ou mais das fontes radiantes individuais 425a, 425b, 425c, 425d, 425e podem ser caracterizadas por uma faixa de comprimento de onda e/ou comprimento de onda central que é diferente das outras fontes radiantes individuais 425a, 425b, 425c, 425d, 425e.
[041] Com referência à As FIGS. 3-4, a distribuição espectral da fonte de radiação 425 pode ser selecionada de uma maneira não óbvia para permitir que pelo menos cinco feixes de excitação 405 de diferentes cores ou canais de excitação sejam usados com um divisor de feixes comum 420, enquanto simultaneamente mantêm dados aceitáveis ou predeterminados produzidos para todos os canais de excitação, por exemplo, durante cada ciclo do ensaio qPCR. Como usado aqui, o termo "canal de excitação” significa cada uma das várias bandas de comprimento de onda eletromagnética distintas fornecidas por uma fonte de excitação (por exemplo, fonte de excitação 402) que estão configuradas para iluminar uma ou mais amostras biológicas (por exemplo, amostras biológicas 310). Como usado aqui, o termo "canal de emissão" significa cada uma das várias bandas de comprimento de onda de emissão distintas sobre as quais a radiação eletromagnética pode passar para um sensor ou detector óptico (por exemplo, sensor óptico 408).
[042] A FIG 3 mostra a energia relativa sobre o espectro do comprimento de onda para três diferentes fontes de radiação. O gráfico de linhas tracejadas é o espectro de uma lâmpada de halogênio (aqui chamado de "Fonte 1") caracterizado por níveis de energia relativamente baixos na faixa de comprimento de onda azul do espectro visível e aumento de energia até um pico de cerca de 670 nanômetros. O gráfico do espectro pontilhado é o de uma fonte de luz LED comercialmente disponível (aqui chamada de "Fonte 2"), que tem energia máxima em cerca de 450 nanômetros e um pico menor de cerca de 530 nanômetros a cerca de 580 nanômetros, diminuindo gradualmente a energia na faixa de comprimento de onda vermelho do espectro visível. O gráfico de linha sólida é o espectro de outra fonte de luz LED (aqui chamada de "Fonte 3") de acordo com uma modalidade da presente invenção (por exemplo, um espectro exemplificador para a fonte de excitação 402). A FIG 4 mostra a energia integrada em vários canais de excitação para cada uma das três fontes mostradas na FIG. 3, onde os espectros para esses canais são aqueles do filtro de excitação típico usado no campo de qPCR. As faixas de comprimento de onda e as designações de filtro de excitação são mostradas abaixo na Tabela 1, onde X1 é o canal de excitação 1, X2 é o canal de excitação 2 e assim por diante.
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Tabela 1. Largura de banda espectral de filtros de excitação utilizados na FIG. 4.
[043] No campo de qPCR, um parâmetro de desempenho importante é o tempo total para obter dados de emissão para amostras contendo vários corantes alvos. Por exemplo, em alguns casos, é desejável obter os dados de emissão de vários corantes ou sondas sobre um ou mais canais de emissão, designados M1-M6, para cada canal de excitação utilizado para iluminar a (s) amostra (s) (por exemplo, M1-M6 com X1, M2-M6 com X2, M3-M6 com X3, M4-M6 com X4, M5-M6 com X5, e/ou M6 com X6). Os inventores descobriram que, quando a Fonte 2 é utilizada em um sistema que tem um único divisor de feixes de banda larga para cinco ou seis canais de filtro de emissão/excitação (por exemplo, os canais de excitação X1-X6 com canais de emissão de combinação M1-M6), a quantidade de tempo para obtenção de dados para o canal de excitação 5 e/ou canal de excitação 6 poderia ser inaceitavelmente longo para certas aplicações. Para remediar esta situação, é possível usar uma ou mais banda estreita, divisores de feixes dicroicos para canais de excitação 1 e/ou 2 para aumentar a quantidade de luz de excitação que recebe a (s) amostra (s), e a quantidade de emissão de luz recebida pelo sensor (de modo que a eficiência óptica global é aumentada através do uso de divisor de feixes dicróico, nesse caso). No entanto, isto impede o uso de uma disposição de divisor de feixes único, como mostrado na FIG. 1 e, como consequência, as vantagens correspondentes de uma única configuração de divisor de feixes (por exemplo, redução do tamanho, do custo, da complexidade) são perdidas. Uma melhor solução foi descoberta em que uma fonte de luz, tal como a Fonte 3, é utilizada em combinação com um único divisor de feixes (por exemplo, um divisor de feixes de banda larga, tal como um divisor de feixes de 50/50), tal como o divisor de feixes 420. Verificou-se que a energia relativa nos canais de excitação X1, X5, e/ou X6 pode ser utilizada para identificar uma fonte de excitação 402 adequada para ser utilizada com uma única modalidade de divisor de feixes para fornecer o tempo de integração total aceitável para a coleta de dados de emissão ao longo de cinco ou seis canais de excitação. Usando-se a Fonte 2 de LED e a 3 Fonte de LED como exemplos, os seguintes dados mostrados na Tabela 2 abaixo podem ser derivados para os dados mostrados nas FIGS. 3 e 4.
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Tabela 2. Intensidade de LED normalizada de cada canal de filtro com normalização ao longo do canal 2.
[044] Com base em tais dados, os inventores descobriram que, em certas modalidades, um melhor desempenho (por exemplo, em termos de redução do tempo de integração do Canal 1) pode ser obtido quando X1/X2 é maior do que 2,02 (por exemplo, maior ou igual a 3). Adicionalmente ou em alternativa, em outras modalidades, um desempenho melhorado (por exemplo, em termos de redução do tempo de integração do Canal 1) pode ser obtido quando X5/X2 é maior do que 0,49 (por exemplo, maior ou igual a 0,9) e/ou quando X6/X2 é maior do que 0,38 (por exemplo, maior ou igual a 0,9). Para os critérios definidos aqui, "X1” significa um canal de excitação que tem uma saída espectral caracterizada por uma potência, energia ou intensidade máxima dentro da banda de comprimento de onda incluindo 455-485 nanômetros; "X2” significa um canal de excitação que tem uma saída espectral caracterizada por uma potência, energia ou intensidade máxima dentro da banda de comprimento de onda incluindo 510-530 nanômetros; "X5” significa um canal de excitação que tem uma saída espectral caracterizada por uma potência, energia ou intensidade máxima dentro da banda de comprimento de onda incluindo 630,5-649,5 nanômetros; "X6” significa um canal de excitação que tem uma saída espectral caracterizada por uma potência, energia ou intensidade máxima dentro da banda de comprimento de onda incluindo 650-674 nanômetros.
[045] Com referência novamente à FIG. 1, os feixes de excitação 405 são dirigidos ao longo do percurso óptico de excitação 412 durante a operação para a base de processamento da amostra 300, por exemplo, para regiões de reação 308 quando o suporte de amostra 305 está presente. Quando presente, a lente da fonte 428 é configurada para a condição de feixes de excitação 405, por exemplo, para captar e direcionar uma grande porção da radiação emitida a partir da fonte de excitação 402. Em certas modalidades, um ou mais espelhos 432 (por exemplo, espelhos dobrados) pode ser incorporado ao longo do percurso óptico de excitação 412, por exemplo, para tornar o sistema óptico 400 mais compacto e/ou para fornecer as dimensões do pacote predeterminadas. A FIG ilustra um espelho 432; no entanto, espelhos adicionais podem ser utilizados, por exemplo, para atender restrições do projeto de embalagem. Como discutido em maior detalhe abaixo no presente documento, as lentes adicionais podem ser dispostas perto do suporte de amostra 305, por exemplo, a fim de condicionar adicionalmente os feixes de excitação 405 e/ou as emissões correspondentes a partir das amostras biológicas contidas em uma ou mais regiões de reação.
[046] O sistema óptico de emissão 415 é configurado para direcionar emissões de uma ou mais amostras biológicas do sensor óptico 408. Pelo menos algumas das emissões podem compreender uma emissão fluorescente a partir de pelo menos algumas das amostras biológicas, em resposta a pelo menos um dos feixes de excitação 405. Adicionalmente ou alternativamente, pelo menos algumas das emissões compreendem a radiação de pelo menos um dos feixes de excitação 405 que é refletido, refratado, difratado, disperso, ou polarizado por pelo menos algumas das amostras biológicas. Em certas modalidades, o sistema óptico de emissão 415 compreende um ou mais filtros de emissão 435 configurados, por exemplo, para bloquear a radiação de excitação refletida ou dispersa no percurso óptico de emissão 417. Em certas modalidades, há um filtro de emissão 435 correspondente para cada filtro de excitação 430. Com referência à FIG. 8, em certas modalidades, o filtro de excitação 430 está disposto em uma roda de filtros de excitação 431 e/ou filtros de emissão 435 estão dispostos em uma roda de filtros de emissão 436.
[047] Em certas modalidades, o sistema óptico de emissão 415 compreende uma lente de sensor 438 configurada para direcionar emissões de pelo menos algumas das amostras biológicas para o sensor óptico 408. O sensor óptico 408 pode compreender um único elemento sensor, por exemplo, um detector de fotodiodo ou um tubo fotomultiplicador, ou similar. Adicionalmente ou alternativamente, o sensor óptico 408 pode compreender um sensor de matriz incluindo uma matriz de sensores ou pixels. O sensor de matriz 408 pode compreender um ou mais de um sensor de metal-óxido-semicondutor complementar (CMOS), um sensor de dispositivo acoplado à carga (CCD), uma pluralidade de detectores de fotodiodos, uma pluralidade de tubos fotomultiplicadores, ou similares. As lentes de sensor 438 podem ser configuradas a partir de uma imagem a partir das emissões de um ou mais da pluralidade de amostras biológicas 310. Em certas modalidades, o sensor óptico 408 compreende dois ou mais sensores de matriz 408, por exemplo, em que duas ou mais imagens são formadas a partir das emissões de uma ou mais da pluralidade de amostras biológicas 310. Em tais modalidades, as emissões de uma ou mais da pluralidade de amostras biológicas 310 pode ser dividida para fornecer dois sinais de uma ou mais da pluralidade de amostras biológicas 310. Em certas modalidades, o sensor óptico compreende pelo menos dois sensores de matriz.
[048] O divisor de feixes 420 é disposto ao longo de ambos os percursos ópticos de excitação e de emissão 412, 417 e está configurado para receber ambos dentre o primeiro e o segundo feixes de excitação 405a, 405b durante o funcionamento. Na modalidade ilustrada mostrada na FIG. 1, o divisor de feixes 420 é configurado para transmitir os feixes de excitação 405 e refletir as emissões a partir das amostras biológicas 310. Alternativamente, o divisor de feixes 420 pode ser configurado de modo a refletir os raios de excitação e transmitir as emissões a partir das amostras biológicas 310. Em certas modalidades, o divisor de feixes 420 compreende um divisor de feixes de banda larga que tem a mesma, ou aproximadamente a mesma, refletância para a totalidade ou a maior parte de feixes de excitação 405 fornecidos pela fonte de excitação 402 e direcionados para as regiões de reação 308 (por exemplo, os feixes de excitação 405a, 405b na modalidade ilustrada). Por exemplo, o divisor de feixes 420 pode ser um divisor de feixes de banda larga caracterizado por uma refletância, que é constante, ou aproximadamente constante, sobre uma banda de comprimento de onda de pelo menos 100 nanômetros, sobre uma banda de comprimento de onda de pelo menos 200 nanômetros, ou sobre uma banda de comprimento de onda visível do espectro eletromagnético, sobre as bandas de comprimento de onda IV do visível e próximo do espectro eletromagnético, ou sobre uma banda de comprimento de onda de 450 nanômetros para 680 nanômetros. Em certas modalidades, o divisor de feixes 420 é um filtro de densidade neutra, por exemplo, um filtro que tem uma refletância de, ou cerca de, 20%, 50%, ou 80% ao longo da banda de comprimento de onda visível do espectro eletromagnético. Em certas modalidades, o divisor de feixes 420 é um divisor de feixes dicroico que é transmissivo ou reflexivo sobre um ou mais comprimentos de onda selecionados, por exemplo, um divisor de feixe de banda de múltiplo comprimento de onda que é transmissivo e/ou reflexivo ao longo de mais do que uma banda dos centros de comprimentos de onda em ou perto de um comprimento de onda de pico dos feixes de excitação 405.
[049] Em certas modalidades, o divisor de feixes 420 é um único divisor de feixes configurado para receber alguns ou a totalidade da pluralidade de feixes de excitação 405 (por exemplo, feixes de excitação 405a, 405b), quer isoladamente ou em combinação com um único anteparo de feixes 422. Cada feixe de excitação pode ser chamado de um canal de excitação, o qual pode ser usado sozinho ou em combinação para excitar diferentes corantes ou molécula de sonda fluorescente em uma ou mais das amostras biológicas 310. Em contrapartida, diversos sistemas e instrumentos da técnica anterior, por exemplo, no campo de qPCR, fornecem uma pluralidade de feixes de excitação, utilizando um divisor de feixes separado e/ou descarga de feixes para cada um dos canais de excitação e/ou cada canal de emissão do sistema ou instrumento. Em tais sistemas e instrumentos da técnica anterior, filtros dicroicos cromaticamente seletivos são tipicamente utilizados em pelo menos alguns dos canais de excitação para aumentar a quantidade de radiação recebida nas amostras. Desvantagens dos sistemas e instrumentos que utilizam diferentes separadores de feixes e/ou anteparos de feixes para cada canal incluem um aumento do tamanho, do custo, complexidade e tempo de resposta (por exemplo, taxas para aumento da massa que deve ser movida ou girada ao mudar entre a excitação e/ou emissão canais). Os inventores descobriram que é possível substituir estes divisores de feixes plurais e/ou anteparos de feixes com o único divisor de feixes 420 e/ou único anteparo de feixes 422, enquanto ainda fornecendo um desempenho do sistema ou instrumento predeterminado ou aceitável, por exemplo, pela seleção adequada da distribuição espectral da fonte de excitação 402 e/ou através da configuração de sistemas ou instrumentos para reduzir a quantidade de radiação dispersa indesejada ou recebida pelo sensor óptico 408 (como discutido aqui mais adiante). Assim, as modalidades da presente invenção podem ser usadas para fornecer sistemas e instrumentos que reduziram o tamanho, o custo, a complexidade e o tempo de resposta em comparação com os sistemas e instrumentos da técnica anterior.
[050] Com referência às FIGS. 5 e 6, em certas modalidades, o sistema 100 compreende um alojamento de instrumento 105 e gaveta de suporte de amostra 110 que compreende a base 300 e é configurado durante o uso para receber, prender, ou conter o suporte de amostra 305 e para posicionar o suporte de amostra 305 para fornecer o acoplamento óptico dos mesmos com o sistema óptico 400. Com a gaveta 110 fechada (FIG. 6), o alojamento 105 pode ser configurado para conter ou incluir o sistema de processamento da amostra 300 e o sistema óptico 400. Em certas modalidades, o alojamento 105 pode conter ou incluir a totalidade ou as porções de processador eletrônico 200.
[051] Com referência às FIGS. 7-9, em certas modalidades, o sistema óptico 400 pode compreender ainda uma lente 440 e/ou uma matriz de lente 442, que pode compreender uma pluralidade de lentes correspondentes a cada uma das regiões de reação 308 do suporte de amostra 305. A lente 440 pode compreender uma lente de campo, que pode ser configurada para fornecer um sistema óptico telecêntrico para pelo menos um suporte de amostra 305, regiões de reação 308, matriz de lentes 442, ou um sensor óptico 408. Como mostrado na modalidade ilustrada nas FIGS. 7 e 9, a lente 440 pode compreender uma lente de Fresnel.
[052] Com referência novamente às FIGS. 7 e 9, em certas modalidades, a base 300 compreende um conjunto de bloco de amostras 300 compreendendo um bloco de amostras 302, um controlador de temperatura 303, tal como um dispositivo de Peltier 303, e um dissipador de calor 304. O conjunto de bloco de amostra 300 pode ser configurado para fornecer um controlador térmico ou ciclo térmico (por exemplo, fornecer um ensaio de PCR ou perfil de temperatura), manter a temperatura do suporte de amostra 305 ou amostra (s) biológica (s) 310, e/ou de outra forma manter, controlar, ajustar, ou ciclar o fluxo de calor ou temperatura do suporte de amostras 305 ou amostra (s) biológica (s) 310.
[053] Com referência adicional às FIGS. 10-14, em certas modalidades, o sistema óptico 400 inclui uma unidade de imageamento 445 que compreende uma placa de circuito do sensor óptico 448, lente do sensor 438 (que pode ser uma lente de composto, tal como ilustrada na FIG. 10), montagem de lente interna 449, uma montagem de lente externa 450, um alojamento com rosca 452, e uma engrenagem de focagem 455. O sensor óptico de placa de circuito 448, um alojamento com rosca 452, e uma lente de sensor 438 em conjunto podem formar um poço 458 que envolve ou contém o sensor óptico 408 e pode ser configurado para impedir que qualquer luz externa colida no sensor óptico 408 a qual não entra através da lente do sensor 438. A montagem de lente externa 450 compreende uma superfície externa que contém dentes de engrenagem 460 que podem ser engatados de modo móvel ou de modo deslizante com os dentes de engrenagem de focagem 455 através de um elemento resiliente (não mostrado), tal como uma mola. Em certas modalidades, engrenagem de focagem455 se move ou desliza ao longo de uma ranhura 462 de uma placa 465, conforme ilustrado na FIG. 14. A montagem de lente interna 449 compreende uma porção com rosca 468 que se encaixa ou se acopla com uma porção com rosca do alojamento com rosca 452.
[054] A montagem de lente interna 449 pode ser montada de forma fixa na montagem de lente externa 450, enquanto o alojamento com rosca 452 está montado de modo fixo em relação à placa de circuito do sensor óptico 448. A montagem de lente interna 449 é montada de forma móvel ou giratória a um alojamento com rosca 452. Assim, a engrenagem de focagem 455 e montagem de lente externa 450 pode ser acoplada de tal modo que uma rotação da engrenagem de focagem 455 também gira a montagem de lente externa 450. Isso, por sua vez, faz com que a montagem de lente interna 449 e a lente do sensor 438 se movam ao longo de um eixo óptico da lente do sensor 438 através das roscas na montagem de lente interna 449 e alojamento com rosca 452. Desta forma, o foco da lente de sensor 438 pode ser ajustado sem engatar diretamente a lente do sensor 438 ou suas montagens associadas 449, 450, que estão enterradas dentro de um sistema óptico muito compacto 400. O acoplamento com a engrenagem de focagem 455 pode ser manual ou automatizado, por exemplo, utilizando um motor (não mostrado), tal como um motor de passo ou um motor DC.
[055] Com referência às FIGS. 11 e 13-17, em certas modalidades, a unidade de imageamento 445 compreende ainda um mecanismo ou dispositivo de bloqueio 470. O dispositivo de bloqueio 470 compreende uma borda ou dente 472 que pode ser engatado de forma deslizante entre dois dentes da engrenagem de focagem 455 (ver FIGS. 15-17). Como ilustrado nas FIGS. 15 e 16, o dispositivo de bloqueio 470 pode ter uma primeira posição (FIG. 15) na qual a engrenagem de focagem 455 é livre para girar e ajustar o foco da lente do sensor 438 e uma segunda posição (FIG. 14) na qual a engrenagem de focagem 455 é bloqueada na posição e impedida ou impossibilitada de girar. Desta forma, o foco da lente do sensor 438 pode ser bloqueado vantajosamente evitando o contato de bloqueio direto ou engate com as roscas 468 da montagem de lente interna 449, o que poderia danificar as roscas e impedir a refocagem subsequente da lente do sensor 438 depois de ter sido bloqueada na posição. O funcionamento do dispositivo de bloqueio 470 pode ser manual ou automatizado. Em certas modalidades, o mecanismo de bloqueio 470 compreende ainda um elemento resiliente tal como uma mola (não mostrada), em que a rotação da engrenagem de focagem 455 pode ser realizada ultrapassando uma força limiar produzida pelo elemento resiliente.
[056] Com referência à FIG. 18, o sistema óptico 400 pode também incluir um alojamento óptico 477. Em certas modalidades, o sistema óptico 400 inclui uma blindagem de radiação 475 que compreende uma abertura de sensor 478 disposta ao longo do percurso óptico de emissão 417 e pelo menos uma estrutura de bloqueio 480 disposta para cooperar com a abertura de sensor 478 de tal modo que a única radiação dos feixes de excitação 405, e refletida de uma superfície ou área iluminada 482, para passar através da abertura do sensor 478 é a radiação que também refletiu pelo menos uma outra superfície do, ou dentro do, alojamento óptico 477. Em outras palavras, a blindagem de radiação 475 é configurada de tal modo que a radiação dos feixes de excitação 405 refletidos da área iluminada 482 é impedida de passar diretamente através da abertura 478 e, portanto, de passar para a lente de sensor 438 e para o detector óptico 408. Em certas modalidades, a área iluminada 482 compreende a área definida por todas as aberturas 483 da tampa aquecida 102 correspondentes à pluralidade de regiões de reação 308.
[057] Na modalidade ilustrada da FIG.18, a estrutura de bloqueio 480 compreende uma prateleira 480. Os raios ou linhas tracejadas 484a e 484b podem ser usados para ilustrar a eficácia da estrutura 480 de bloqueio em impedir que a luz diretamente refletida a partir da área iluminada 482 passe através da abertura de sensor 478 e para a lente de sensor 438 e/ou sensor óptico 408. O raio 484a se origina a partir de uma borda da área iluminada 482 e apenas passa a prateleira 480, mas não passa através da abertura de sensor 478. O raio 484b é outro raio originário da mesma borda da área iluminada 482 que é bloqueada pela prateleira 480. Como pode ser visto, este raio teria entrado através da abertura de sensor 478 se não fosse as presenças de prateleira 480.
[058] Com referência continuada à FIG. 18, em certas modalidades, o sistema óptico 400 pode compreender ainda uma unidade de detecção de energia ou de potência que compreende sensores de energia ou de potência 490 acoplados opticamente a uma extremidade de um tubo de luz 492. Uma extremidade oposta 493 do tubo de luz 492 é configurada para ser iluminada por feixes de excitação 405. A extremidade do tubo de luz 493 pode ser iluminada, quer diretamente por radiação contida nos feixes de excitação 405 ou indiretamente, por exemplo, por radiação dispersa por uma superfície difusa. Em certas modalidades, o sensor 490 está localizado fora do percurso óptico de excitação 412 a partir da fonte de excitação 402. Adicionalmente ou alternativamente, o sensor 490 está localizado fora do alojamento óptico 477 e/ou está localizado em um local remoto fora do alojamento do instrumento 105. Na modalidade ilustrada mostrada na FIG. 18, o tubo de luz 493 está disposto perto ou adjacente ao espelho 432 e pode ser orientado de modo que a face do tubo de luz é perpendicular, ou quase perpendicular, à superfície do espelho 432 que reflete os feixes de excitação 405. Os inventores descobriram que a quantidade baixa de energia ou de potência interceptada pelo tubo de luz 492, quando orientado deste modo é suficiente para o propósito de monitorar a energia ou a potência dos feixes de excitação 405. Vantajosamente, ao localizar o sensor 490 fora do percurso óptico dos feixes de excitação, um sistema óptico mais compacto 400 pode ser fornecido.
[059] Em certas modalidades, o tubo de luz 492 compreende uma única fibra ou um feixe de fibras. Adicionalmente ou alternativamente, a luz 492 pode compreender uma haste feita de um material transparente ou transmissivo, tal como vidro, Plexiglas, material à base de polímero, tal como acrílico, ou similares.
[060] Com referência às FIGS. 19 e 20, em certas modalidades o instrumento 100 compreende uma fonte de posição 500 configurada para emitir a radiação 502 e um sensor de posição correspondente 505 configurado para receber a radiação 502 da fonte de posição 500. A fonte de posição 500 e o sensor de posição 505 podem ser configurados para produzir um sinal de posição indicativo de uma posição de um elemento óptico 435 disposto ao longo de um percurso óptico. Em certas modalidades, o instrumento 100 pode ainda compreender uma blindagem de radiação 510 configurada para bloquear pelo menos alguma radiação 502 de fonte posição 505.
[061] O exposto acima apresenta uma descrição do melhor modo contemplado de realizar a presente invenção, e a forma e o processo para preparar e utilizar a mesma, em termos completos, claros, concisos e exatos que permitem a qualquer pessoa versada na técnica a qual pertence para fazer e utilizar esta invenção. Esta invenção é, no entanto, suscetível a modificações e construções alternativas do discutido acima, que são completamente equivalentes. Como consequência, não se pretende limitar esta invenção às modalidades particulares descritas. Pelo contrário, pretende-se cobrir as modificações e construções alternativas abrangidas pelo espírito e escopo da invenção como é geralmente expresso pelas reivindicações a seguir, que particularmente apontam e reivindicam distintamente a matéria objeto da invenção.
[062] Os sistemas exemplificativos para os métodos relacionados com as várias modalidades descritas no presente documento incluem aqueles descritos nos seguintes documentos:
  • •Pedido de patente de desenho industrial U.S. número 29/516.847, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente de desenho industrial U.S. número 29/516.883; depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente provisório U.S. número 62/112.910, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente provisório U.S. número 62/113.006, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente provisório U.S. número 62/113.183, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente provisório U.S. número 62/113.077, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente provisório U.S. número 62/113.058, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente provisório U.S. número 62/112.964, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente provisório U.S. número 62/113.118, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente provisório U.S. número 62/113.212, depositado em 6 de Fevereiro de 2015; e
  • •Pedido de patente U.S. número___ (Life Technologies Número do Documento do Procurador LT01023), depositado em 5 de Fevereiro de 2016; e
  • •Pedido de patente U.S. número ___(Life Technologies Número do Documento do Procurador LT01024), depositado em 5 de Fevereiro de 2016; e
  • •Pedido de patente U.S. número ___(Life Technologies Número do Documento do Procurador LT01025), depositado em 5 de Fevereiro de 2016; e
  • •Pedido de patente U.S. número ___(Life Technologies Número do Documento do Procurador LT01028), depositado em 5 de Fevereiro de 2016; e
  • •Pedido de patente U.S. número ___(Life Technologies Número do Documento do Procurador LT01029), depositado em 5 de Fevereiro de 2016; e
  • •Pedido de patente U.S. número___ (Life Technologies Número do Documento do Procurador LT01032), depositado em 5 de Fevereiro de 2016; e
  • •Pedido de patente U.S. número ___(Life Technologies Número do Documento do Procurador LT01033), depositado em 5 de Fevereiro de 2016,
todos os quais são também aqui incorporados por referência na sua totalidade

Claims (14)

  1. Instrumento para análise biológica CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    uma fonte de excitação (402);
    um sensor óptico (408) configurado para receber emissões a partir de amostras biológicas (310) em resposta à fonte de excitação;
    uma placa de circuito de sensor óptico (448);
    um sistema óptico de excitação (410) disposto ao longo de um percurso óptico de excitação (412);
    um sistema óptico de emissão (415) disposto ao longo de um percurso óptico de emissão (417);
    uma unidade de imagem compreendendo:
    uma primeira superfície, uma segunda superfície oposta e um alojamento com rosca (452) em conjunto, formando uma cavidade que contém o sensor óptico;
    uma lente de sensor (438);
    uma caixa de lente (449, 450) envolvendo, pelo menos, parcialmente a lente de sensor e tendo uma porção com rosca que se engata com uma porção com rosca do alojamento com rosca; e
    um mecanismo de focagem compreendendo uma engrenagem de focagem (455) arranjada para engatar dentes de engrenagem proporcionados a uma superfície externa da caixa de lente, rotação da engrenagem de focagem rotacionando a caixa de lente para fazer com que a lente de sensor se mova ao longo de um eixo óptico da lente de sensor por meio das roscas na caixa de lente e do alojamento com rosca;
    em que a primeira superfície compreende uma superfície da lente de sensor;
    em que a segunda superfície compreende uma placa de circuito de sensor óptico (448); e
    em que o mecanismo de focagem é configurado para estar acessível a partir de fora de um invólucro óptico que encerra os trajetos ópticos para ajustar um foco da lente de sensor.
  2. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um divisor de feixe (420) disposto ao longo do percurso óptico de excitação e ao longo do percurso óptico de emissão.
  3. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de excitação é configurada para proporcionar uma pluralidade de feixes de excitação (405a, 405b) para iluminar as amostras biológicas, e em que pelo menos algumas das emissões compreendem uma emissão fluorescente a partir de pelo menos algumas das amostras biológicas em resposta a pelo menos uma dentre a pluralidade dos feixes de excitação.
  4. Instrumento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a base compreende um controlador térmico, e, opcionalmente, em que um controlador térmico configurado para controlar uma temperatura de pelo menos um dentre a base, o suporte de amostra, ou as amostras biológicas separadas, ou opcionalmente, em que o controlador térmico compreende um termociclador configurado para realizar um ensaio de PCR.
  5. Instrumento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema óptico de excitação compreende uma lente de amostra configurada para direcionar os feixes de excitação para a base, em que a lente de amostra compreende uma lente de campo configurada para se estender sobre a pluralidade de regiões espacialmente separadas, e em que a lente de amostra é configurada para proporcionar um sistema óptico telecêntrico para pelo menos um dentre o suporte de amostra, as regiões de reação espacialmente separadas, ou o sensor óptico.
  6. Instrumento, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o separador de feixes compreende uma refletância constante sobre uma banda de comprimento de onda de 450 nanômetros até 680 nanômetros.
  7. Instrumento, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro feixe de excitação e o segundo feixe de excitação são separados temporalmente e/ou separados espacialmente.
  8. Instrumento, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de feixe de excitação compreende um primeiro feixe de excitação que compreende uma primeira faixa de comprimento de onda sobre a qual uma intensidade, potência, ou energia do primeiro feixe de excitação está acima de um primeiro valor predeterminado, e um segundo feixe de excitação que compreende uma segunda faixa de comprimento de onda sobre a qual uma intensidade, potência, ou energia do segundo feixe de excitação está acima de um segundo valor predeterminado, o primeiro comprimento de onda é pelo menos um dentre (1) um comprimento de onda central da primeira faixa de comprimento de onda ou (2) um comprimento de onda de máxima intensidade eletromagnética, potência ou energia sobre a primeira faixa de comprimento de onda, e o segundo comprimento de onda é pelo menos um dentre (1) um comprimento de onda central da segunda faixa de comprimento de onda ou (2) um comprimento de onda de máxima intensidade eletromagnética, potência, ou energia sobre a segunda faixa de comprimento de onda.
  9. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de excitação compreende uma pluralidade de fontes de excitação individuais.
  10. Instrumento, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a pluralidade de fontes de excitação individual forma uma matriz bidimensional de fontes de exitação individuais.
  11. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor óptico compreende um sensor de matriz.
  12. Instrumento, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de matriz compreende pelo menos um dentre um sensor de metal-óxido-semicondutor complementar ou um sensor de dispositivo acoplado à carga.
  13. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor óptico compreende pelo menos dois sensores de matriz.
  14. Instrumento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda uma cobertura aquecida disposta adjacente à base e incluindo uma pluralidade de aberturas configuradas para corresponder à pluralidade de regiões de reação.
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