BR112017020259B1 - Dispositivo de teste modular para analisar amostras biológicas - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO DE TESTE MODULAR PARA ANALISAR AMOSTRAS BIOLÓGICAS. Trata-se de um dispositivo de teste modular que inclui uma unidade-base e uma unidade de expansão que se comunica com a unidade-base. A unidade de expansão inclui um alojamento, um receptáculo no qual um retentor de amostra que contém uma mistura de amostra biológica e reagente pode ser colocado e um conjunto óptico posicionado no alojamento. O conjunto óptico é configurado para amplificar e detectar um sinal da mistura de amostra biológica e reagente. Os dados que são coletados no conjunto óptico são comunicados à unidade-base.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
[0001] O presente pedido reivindica prioridade do Pedido Provisório no 62/138.157, depositado em 25 de março de 2015 e intitulado "Modular Testing Device for Analyzing Biological Samples", cuja revelação é incorporada a título de referência em sua totalidade.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[0002] A presente invenção refere-se a dispositivos com capacidade para analisar amostras biológicas e, em particular, a um dispositivo de teste modular para analisar amostras biológicas.
[0003] As amostras biológicas são testadas tipicamente em laboratórios após as amostras biológicas serem coletadas no campo. Várias etapas são realizadas para preparar a amostra após ser coletada, incluindo misturar a amostra com tampões de reação, corantes e quaisquer outras soluções químicas necessárias para preparar a amostra para teste. Durante ou após a preparação de amostra, o equipamento de teste também precisa ser preparado. Isso pode incluir aquecer o equipamento, calibrar o equipamento para que os testes específicos sejam executados e passar através de quaisquer outros procedimentos iniciais exigidos para o equipamento do teste específico que é usado. Uma vez que a amostra e o equipamento são preparados, a amostra preparada pode ser colocada no equipamento para teste.
[0004] O processo típico para testar amostras biológicas descrito acima tem desvantagens significativas. Uma desvantagem é que as amostras biológicas precisam ser coletadas no campo, colocadas no laboratório e, em seguida, testadas. Isso pode apresentar os seguintes problemas. Primeiro, a amostra biológica pode ser contaminada entre o tempo em que foi coletada e o tempo em que deve ser testada. Segundo, pode ser descoberto que não foi coletada amostra biológica suficiente no campo, o que impede que o teste seja concluído. Terceiro, pode ser descoberto posteriormente que as amostras biológicas que foram obtidas são, de outro modo, inadequadas para o teste. Quando uma amostra biológica é inadequada para teste por qualquer uma das razões acima, uma amostra biológica adicional precisará ser coletada a fim de concluir o teste. Isso exige mais tempo, dinheiro e outros recursos para conclusão.
[0005] A fim de eliminar os problemas discutidos acima, estão disponíveis dispositivos de teste portáteis para analisar amostras biológicas no campo. Um dispositivo é revelado no Pedido PCT no PCT/US 14/59487, depositado em 7 de outubro de 2014 e intitulado “Portable Testing Device For Analyzing Biological Samples”, cuja revelação é incorporada a título de referência em sua totalidade. A fim de que sejam portáteis, os dispositivos de teste precisam ser pequenos o suficiente de modo que possam ser transportados facilmente. Essa limitação do tamanho dos dispositivos de teste portáteis limita o número de amostras biológicas que podem ser testadas de uma vez.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0006] Um dispositivo de teste modular inclui uma unidade-base e uma unidade de expansão que se comunica com a unidade-base. A unidade de expansão inclui um alojamento, um receptáculo no qual um retentor de amostra que contém uma mistura de amostra biológica e reagente pode ser colocado e um conjunto óptico posicionado no alojamento. O conjunto óptico é configurado para amplificar e detectar um sinal da mistura de amostra biológica e reagente. Os dados que são coletados no conjunto óptico são comunicados à unidade- base.
[0007] Um dispositivo de teste modular inclui uma unidade-base e uma unidade de expansão que se comunica com a unidade-base. A unidade-base inclui um alojamento com um visor de tela sensível ao toque integrado, um receptáculo no qual um retentor de amostra que contém uma mistura de amostra biológica e reagente pode ser colocado e um conjunto óptico posicionado no alojamento. O conjunto óptico é configurado para amplificar e detectar um sinal da mistura de amostra biológica e reagente. A unidade de expansão inclui um alojamento, um receptáculo no qual um retentor de amostra que contém uma mistura de amostra biológica e reagente pode ser colocado e um conjunto óptico posicionado no alojamento. O conjunto óptico é configurado para amplificar e detectar um sinal da mistura de amostra biológica e reagente.
[0008] Um método para analisar uma mistura de amostra biológica e reagente em um dispositivo de teste modular inclui preparar uma mistura de amostra biológica e reagente para testar e colocar a mistura de amostra biológica e reagente em um retentor de amostra. O retentor de amostra é colocado em um receptáculo em uma unidade de expansão. Uma sequência de testes de excitação e de detecção é iniciada para analisar a mistura de amostra biológica e reagente na unidade de expansão. Os dados são coletados da sequência de testes de excitação e de detecção na unidade de expansão. Os dados são comunicados da unidade de expansão a uma unidade-base.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0009] A Figura 1A é um diagrama de uma primeira modalidade de um dispositivo de teste modular que inclui uma unidade-base e uma unidade de expansão.
[0010] A Figura 1B é um diagrama de uma segunda modalidade de um dispositivo de teste modular que inclui uma unidade-base e uma unidade de expansão.
[0011] A Figura 1C é um diagrama de uma terceira modalidade de um dispositivo de teste modular que inclui uma unidade-base e uma unidade de expansão.
[0012] A Figura 2A é uma vista em perspectiva de uma unidade-base.
[0013] A Figura 2B é uma vista em perspectiva da unidade-base quando um retentor de amostra na forma de um arranjo de tubos está sendo colocado na unidade-base.
[0014] A Figura 3 é um diagrama de blocos da unidade-base.
[0015] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma unidade de expansão.
[0016] A Figura 5 é um diagrama de blocos da unidade de expansão.
[0017] A Figura 6A é uma vista em perspectiva de um conjunto óptico.
[0018] A Figura 6B é uma vista em corte transversal do conjunto óptico.
[0019] A Figura 7 é uma vista explodida de uma porção de aquecimento do conjunto óptico.
[0020] A Figura 8 é uma vista explodida de uma porção de lente do conjunto óptico.
[0021] A Figura 9 é uma vista explodida de uma porção de alojamento do conjunto óptico.
[0022] A Figura 10A é uma vista parcialmente explodida de uma primeira porção de montagem óptica do conjunto óptico.
[0023] A Figura 10B é uma vista parcialmente explodida de uma segunda porção de montagem óptica do conjunto óptico.
[0024] A Figura 10C é uma vista parcialmente explodida da primeira porção de montagem óptica e da segunda porção de montagem óptica do conjunto óptico.
[0025] A Figura 11 é um fluxograma que mostra etapas para operar o dispositivo de teste modular.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0026] De modo geral, a presente revelação se refere a dispositivos de teste modular para analisar amostras biológicas. Nas modalidades descritas acima, o dispositivo de teste modular tem capacidade para testar amostras biológicas com um processo de amplificação isotérmico, tal como química de NEAR, química de LAMP, química de RPA ou química de NASBA. Isso elimina a necessidade de termociclagem como um meio para amplificar produtos de ácido nucleico para detecção de ponto de final do teste.
[0027] A Figura 1A é um diagrama do dispositivo de teste modular 100 que inclui a unidade-base 102 e as unidades de expansão 106. A Figura 1B é um diagrama de dispositivo de teste modular 100 que inclui unidade-base 102 e unidades de expansão 106. A Figura 1C é um diagrama de dispositivo de teste modular 100 que inclui unidade-base 104 e unidades de expansão 106.
[0028] O dispositivo de teste modular 100 inclui uma unidade-base, o que inclui tanto a unidade-base 102 como a unidade-base 104 e uma ou mais unidades de expansão 106. Nas Figuras 1A a 1B, o dispositivo de teste modular 100 é mostrado com a unidade-base 102. A unidade-base 102 pode ser usada para analisar amostras biológicas que foram misturadas com uma mistura de reação (também denominada de mistura de amostra biológica e reagente). A unidade-base 102 inclui um conjunto óptico para amplificar, excitar e detectar uma amostra biológica que é colocada na unidade-base 102 para teste. A unidade-base 102 inclui adicionalmente uma fonte de alimentação para alimentar a unidade-base 102, um conjunto eletrônico que inclui componentes com capacidade para executar protocolo de teste e uma tela com a qual um usuário pode fazer interface para selecionar parâmetros para o protocolo de teste e que pode exibir dados à medida que são coletados. Na Figura 1C, o dispositivo de teste modular 100 é mostrado com a unidade-base 104. A unidade-base 104 é um computador de mesa na modalidade mostrada, porém, pode ser um computador do tipo laptop, computador do tipo tablet, um telefone móvel, um relógio de pulso inteligente, um PC incorporado ou qualquer outro computador adequado em modalidades alternativas. A unidade-base 104 inclui uma fonte de alimentação para alimentar a unidade-base 104, um conjunto eletrônico que inclui componentes com capacidade para executar protocolos de teste, um leitor de código legível por máquina e uma tela com a qual um usuário pode fazer interface para selecionar parâmetros para o protocolo de teste e que pode exibir dados à medida que são coletados.
[0029] Na modalidade mostrada nas Figuras 1A a 1C, três unidades de expansão 106 são mostradas. Em modalidades alternativas, qualquer número de unidades de expansão 106 pode ser usado. Cada unidade de expansão 106 inclui um conjunto óptico para amplificar, excitar e detectar uma amostra biológica que é colocada na unidade-base 102 para teste. Na modalidade mostrada nas Figuras 1A a 1C, cada unidade de expansão 106 inclui adicionalmente uma fonte de alimentação para alimentar a unidade de expansão 106. Em uma modalidade alternativa, a unidade de expansão 106 não tem uma fonte de alimentação, porém, é alimentada, de preferência, por uma unidade- base. Cada unidade de expansão 106 inclui adicionalmente um conjunto eletrônico que inclui componentes com capacidade para comunicar dados à unidade-base. Cada unidade de expansão 106 faz interface com a unidade-base e é controlada pela mesma, tanto pela unidade-base 102 como pela unidade- base 104. A unidade-base se comunica com as unidades de expansão 106 para indicar qual teste deve ser executado nas unidades de expansão 106 e quando o teste deve ser iniciado. As unidades de expansão 106 podem ser conectadas à unidade-base com uma conexão com fio, ou as unidades de expansão 106 podem ser conectadas à unidade-base com uma conexão sem fio. O teste pode ser concluído em cada unidade de expansão 106 com o uso do conjunto óptico, e os dados coletados durante o teste são comunicados à unidade-base. Os dados podem ser processados em unidades de expansão 106 antes de serem comunicados à unidade-base ou podem ser comunicados à unidade-base antes de serem processados. De qualquer maneira, os dados também podem ser processados na unidade-base.
[0030] Nas modalidades mostradas nas Figuras 1A e 1C, uma primeira unidade de expansão 106 é conectada à unidade-base, uma segunda unidade de expansão 106 é conectada à primeira unidade de expansão 106 e uma terceira unidade de expansão 106 é conectada à segunda unidade de expansão 106. Na modalidade mostrada na Figura 1B, as unidades de expansão 106 são conectadas, cada uma, à unidade-base. Além disso, em modalidades alternativas, as unidades de expansão 106 podem ser conectadas entre si, ou as unidades-base podem ser conectadas entre si. Em uma modalidade, por exemplo, uma primeira unidade-base 102 pode ser conectada a uma segunda unidade-base 102. A primeira unidade-base 102 pode comunicar à segunda unidade-base 102 qual teste deve ser executado e quando o teste deve ser iniciado. A primeira unidade-base 102 e a segunda unidade-base 102 podem conduzir o teste ao mesmo tempo ou em tempos diferentes. Em cada uma das Figuras 1A a 1C, as unidades de expansão 106 e as unidades-base podem ser conectadas com o uso de uma conexão com fio ou com o uso de uma conexão sem fio.
[0031] As unidades de expansão 106 podem conduzir o teste de uma amostra biológica ao mesmo tempo ou em tempos diferentes. Por exemplo, cada unidade de expansão 106 pode ser carregada com uma amostra biológica. Em seguida, a unidade-base pode indicar a cada unidade de expansão 106 que o teste deve ser iniciado ao mesmo tempo. Alternativamente, uma primeira unidade de expansão 106 pode ser carregada com uma amostra biológica, e a unidade-base pode indicar que a primeira unidade de expansão 106 deve iniciar o teste. Em seguida, uma segunda unidade de expansão 106 pode ser carregada com uma amostra biológica, e a unidade-base pode indicar que a segunda unidade de expansão 106 deve iniciar o teste.
[0032] As unidades de expansão 106 podem testar uma amostra biológica com o uso de turbidez, fluorescência, quimioluminescência, termoluminescência, meios fotométricos, de absorbância ou radiométricos. As unidades de expansão 106 também podem executar métodos analíticos diferentes, por exemplo, imunoensaio, amplificação de DNA, espectrometria de massa ou cromatografia líquida de alto desempenho. Uma única unidade-base pode controlar unidades de expansão 106 que usam diferentes testes e que executam diferentes métodos analíticos.
[0033] O dispositivo de teste modular 100 é vantajoso, uma vez que permite que um usuário personalize o dispositivo de teste modular 100 do mesmo para diferentes aplicações. As unidades de expansão 106 podem ser usadas com unidade-base 102 quando um usuário deseja conduzir o teste no campo. Em seguida, as unidades de expansão 106 também podem ser usadas com a unidade-base 104 quando um usuário estiver conduzindo o teste em um ambiente de laboratório. As unidades de expansão 106 também permitem que um usuário personalize quantos testes são executados durante um protocolo de teste. O dispositivo de teste modular 100 também pode incluir uma prateleira com capacidade para reter as unidades de expansão 106. A prateleira pode ser projetada para se ajustar sobre a unidade-base de modo que as unidades de expansão 106 possam ser posicionadas na prateleira sobre a unidade-base.
[0034] A Figura 2A é uma vista em perspectiva de unidade-base 102. A Figura 2B é uma vista em perspectiva da unidade-base 102 quando um retentor de amostra na forma de um arranjo de tubos 108 é colocado na unidade-base 102. A unidade-base 102 inclui o alojamento 110 (incluindo a primeira porção de alojamento 112 e a segunda porção de alojamento 114), o visor 116, o manípulo 118, a tampa 120, o receptáculo 122 (mostrado na Figura 2B) e o conjunto óptico 124 (mostrado na Figura 2B). A Figura 2B também mostra o arranjo de tubos 108.
[0035] A unidade-base 102 é usada para analisar amostras biológicas que foram misturadas com uma mistura de reação (também denominada de mistura de amostra biológica e reagente). O alojamento 110 forma o corpo da unidade- base 102. O alojamento 110 inclui a primeira porção de alojamento 112 e a segunda porção de alojamento 114. A primeira porção de alojamento 112 forma uma porção-base da unidade-base 102, e a segunda porção de alojamento 114 forma uma porção superior da unidade-base 102. O visor 116 está localizado em um lado superior frontal do alojamento 110. O visor 116 é um visor de tela sensível ao toque na modalidade mostrada, porém, pode ser qualquer visor adequado em modalidades alternativas. Um usuário pode usar o visor 116 para selecionar o protocolo de teste e ajustar os parâmetros para testes que serão executados na unidade-base 102. Um usuário também pode usar o visor 116 para fornecer informações de capacidade de rastreamento de amostra e de ensaio à unidade-base 102. O visor 116 também exibirá os dados que são coletados durante o teste.
[0036] O alojamento 110 inclui adicionalmente o manípulo 118. O manípulo 118 está localizado no lado frontal do alojamento 110 na modalidade mostrada, porém, pode ser localizado em qualquer localização adequada nas modalidades alternativas. O manípulo 118 é mostrado como um manípulo integrado com o alojamento 110 na modalidade mostrada, porém, pode ser fixado à unidade-base 102 de qualquer maneira adequada nas modalidades alternativas. O manípulo 118 está incluído na unidade-base 102 de modo que a unidade-base 102 possa ser transportada facilmente no campo.
[0037] Conforme visto na Figura 2B, o receptáculo 122 está localizado em um lado superior da unidade-base 102 na modalidade mostrada, porém, pode ser localizado em qualquer localização adequada nas modalidades alternativas. O receptáculo 122 é uma abertura no alojamento 110 da unidade-base 102. Um retentor de amostra que contém uma mistura de amostra biológica e reagente pode ser colocado no receptáculo 122 para teste. Na Figura 2B, o receptáculo 122 é configurado para receber o arranjo de tubos 108. Em modalidades alternativas, o receptáculo 122 pode ser configurado de qualquer maneira que tenha capacidade para receber um retentor de amostra.
[0038] O alojamento 110 também inclui a tampa 120. A tampa 120 está localizada em um lado superior do alojamento 110 na modalidade mostrada, porém, pode ser localizada em qualquer localização adequada em modalidades alternativas. A tampa 120 está incluída na unidade-base 102 para cobrir o receptáculo 122. Quando um retentor de amostra é colocado no receptáculo 122 da unidade-base 102, o mesmo pode ser posicionado no conjunto óptico 124 que é retido na unidade-base 102. O conjunto óptico 124 é posicionado logo abaixo do receptáculo 122 e pode ser acessado através do receptáculo 122. O conjunto óptico 124 poderá amplificar, excitar e detectar a amostra biológica no retentor de amostra. O conjunto óptico 124 inclui um componente de aquecimento que é usado para aquecer a amostra biológica, o que faz com que a mesma seja amplificada. O componente de aquecimento pode aquecer a amostra biológica a uma temperatura constante, ou o componente de aquecimento pode submeter a amostra biológica a ciclo através de temperaturas diferentes. Em seguida, o conjunto óptico 124 usará a radiação para excitar a amostra biológica, de modo que a amostra biológica emita radiação.
[0039] A tampa 120 é posicionada sobre o receptáculo 122 para impedir que a radiação escape do alojamento 110 através do receptáculo 122. A tampa 120 impede adicionalmente que uma luz ambiente entre no alojamento 110 através do receptáculo 122, o que impede que a luz ambiente distorça ou anule os resultados dos testes que são executados na unidade-base 102. A tampa 120 também cobre o receptáculo 122 para impedir que entre contaminação no receptáculo 122 quando a unidade-base 102 estiver sendo usada no campo. A tampa 120 pode ser movida entre uma posição aberta e fechada e pode ser retida na posição fechada com qualquer meio adequado. Na modalidade mostrada, a tampa 120 é retida em uma posição fechada com ímãs. Quando a tampa 120 estiver em uma posição aberta, os retentores de amostra (incluindo arranjo de tubos 108) podem ser inseridos e removidos do receptáculo 122. Quando a tampa 120 é fechada, os retentores de amostra serão retidos no receptáculo 122, e a radiação na unidade-base 102 não escapará do alojamento 110. Quando a tampa 120 estiver em uma posição fechada, a mesma exerce pressão no retentor de amostra que é colocado em um bloco de calor na unidade- base 102. Isso aprimora o engate e a transferência de calor entre o retentor de amostra e o bloco de calor na unidade-base 102.
[0040] O receptáculo 122 pode ser conformado para receber qualquer retentor de amostra, o que permite que a unidade-base 102 seja projetada para acomodar uma ampla variedade de retentores de amostra projetados de maneira padronizada ou personalizada. O arranjo de tubos 108 é um retentor de amostra padrão que está disponível extensivamente no mercado. Um cartão também pode ser projetado de maneira personalizada para uso como um retentor de amostra que deve ser usado com a unidade-base 102. O receptáculo 122 permite que a unidade-base 102 seja projetada para acomodar uma ampla variedade de formatos e tamanhos de retentor de amostra.
[0041] A unidade-base 102 é projetada para uso no campo e fornece muitas vantagens para tal uso. Os materiais biológicos que são coletados no campo podem ser testados no campo à medida que são coletados. Isso diminui preocupações sobre contaminação e degradação da amostra biológica, uma vez que não há necessidade de transportar a amostra biológica de volta para um laboratório para teste. Além disso, a unidade-base 102 permite que um usuário reaja rapidamente aos resultados dos testes que são executados no campo. Caso um teste seja inconclusivo, o material biológico adicional pode ser coletado e amostrado imediatamente. Além disso, caso o teste indique que há um patógeno ou toxina na amostra, um usuário pode iniciar um protocolo de segurança imediatamente contra o patógeno ou contra a toxina.
[0042] A unidade-base 102 inclui vários recursos que tornam a mesma adequada para uso no campo. O manípulo 118 está incluído para transportar facilmente o dispositivo. O visor 116 está integrado à unidade-base 102 de modo que a unidade-base 102 possa atuar como um sistema tudo em um (all-in-one), uma vez que a unidade-base 102 tem capacidade para testar uma amostra biológica, processar os dados que são coletados e exibir os dados no visor 116. O visor 116 elimina a necessidade de a unidade-base 102 ser conectada a uma outra máquina ou computador para processar e exibir os resultados do teste. Isso pode permitir que um usuário evite ter que transportar um dispositivo adicional no campo ou evite ter que aguardar até retornar a um laboratório para ler os dados. A unidade-base 102 inclui todos os recursos que são necessários para testar, processar e exibir os resultados dos testes em um dispositivo compacto tudo em um.
[0043] A Figura 3 é um diagrama de blocos da unidade-base 102. A unidade-base 102 inclui o visor 116, a fonte de alimentação 130, o conjunto eletrônico 132, o leitor de código legível por máquina 134 e o conjunto óptico 124. O conjunto óptico 124 inclui o bloco de calor 140, os diodos emissores de luz 142 e os fotodetectores 144.
[0044] A unidade-base 102 é usada para analisar e obter dados das amostras biológicas no campo. A fim de realizar isso, a unidade-base 102 é equipada com o visor 116, com a fonte de alimentação 130, com o conjunto eletrônico 132, com o leitor de código legível por máquina 134 e com o conjunto óptico 124. Na modalidade mostrada, o visor 116 é um visor de tela sensível ao toque que atua como uma interface de usuário primária entre um usuário e a unidade-base 102. Um usuário pode inserir informações no visor 116 para indicar qual teste deve ser executado na unidade-base 102 para cada amostra biológica. Além disso, um usuário pode monitorar os resultados dos testes que são executados na unidade-base 102 no visor 116.
[0045] O visor 116 é conectado ao conjunto eletrônico 132 com um conjunto de circuitos de interface. As informações que são inseridas no visor 116 serão comunicadas ao conjunto eletrônico 132 com o uso do conjunto de circuitos de interface. O conjunto eletrônico 132 inclui hardware, firmware e software para controlar as operações da unidade-base 102, incluindo um microprocessador. O conjunto eletrônico 132 indicará qual teste deve ser executado na unidade-base 102 e comunica essas informações por todo o dispositivo. Os dados que são coletados na unidade-base 102 durante o teste também serão comunicados ao conjunto eletrônico 132. O conjunto eletrônico 132 pode processar esses dados e transmitir os mesmos ao visor 116 para serem exibidos. O conjunto eletrônico 132 armazena adicionalmente esses dados para recuperação ou transferência posteriormente.
[0046] O conjunto eletrônico 132 é conectado à fonte de alimentação 130 com o conjunto de circuitos de interface. A fonte de alimentação 130 inclui componentes com capacidade para alimentar a unidade-base 102, incluindo uma bateria, uma placa de alimentação, um comutador de alimentação e uma tomada de alimentação que podem ser conectadas a uma fonte de alimentação para recarregamento. A potência da fonte de alimentação 130 é enviada ao conjunto eletrônico 132 através do conjunto de circuitos de interface de modo que a unidade-base 102 possa operar.
[0047] A unidade-base 102 pode incluir adicionalmente o leitor de código legível por máquina 134. Quando um retentor de amostra que contém um código legível por máquina é colocado na unidade-base 102, o leitor de código legível por máquina 134 pode ler o código legível por máquina no retentor de amostra. Um código legível por máquina também pode ser fornecido separado do retentor de amostra. O código legível por máquina pode conter todos os parâmetros para o protocolo de teste e as informações de capacidade de rastreamento de ensaio para o teste que deve ser executado. Alternativamente, o código legível por máquina pode indicar qual teste deve ser executado. Isso é vantajoso, uma vez que permite que um usuário insira uma amostra na unidade-base 102, e a unidade-base 102 selecionará automaticamente um protocolo de teste e iniciará o teste.
[0048] O conjunto eletrônico 132 inclui um microprocessador, memória associada e conjunto de circuitos de interface para fazer interface com o visor 116 e com o conjunto óptico 124. A entrada que é recebida no conjunto eletrônico 132 do visor 116 pode ser processada no conjunto eletrônico 132. Essas informações podem ser usadas para controlar o conjunto óptico 124. O conjunto óptico 124 conduz o teste da amostra biológica que é colocada na unidade-base 102. Uma vez que o teste é concluído, os dados que são coletados no conjunto óptico 124 podem ser comunicados ao conjunto eletrônico 132. O conjunto eletrônico 132 processa esses dados e pode transmitir os dados ao visor 116 de modo que o usuário possa monitorar os resultados de teste. O conjunto eletrônico 132 também pode transmitir os dados a um dispositivo externo com qualquer meio de transferência de dados adequado, incluindo transferência sem fio ou transferência através de uma porta USB, porta microUSB, cartão SD, ou cartão microSD.
[0049] O conjunto óptico 124 inclui bloco de calor 140, diodos emissores de luz 142 e fotodetectores 144 para conduzir o teste das amostras biológicas que são colocadas na unidade-base 102. O conjunto óptico 124 amplificará a amostra biológica com o uso de calor e, em seguida, excitará a amostra biológica com radiação a fim de detectar a presença de um marcador fluorescente. As amostras biológicas que são colocadas na unidade-base 102 serão misturadas com uma mistura de reação que contém um ou mais corantes fluorescentes. Quando a amostra biológica é colocada na unidade-base 102, o bloco de calor 140 amplificará a amostra biológica com calor. O bloco de calor 140 é posicionado debaixo do receptáculo 122 na unidade-base 102 de modo que, quando um retentor de amostra que contém uma amostra biológica é colocado na unidade-base 102, o retentor de amostra seja posicionado no bloco de calor 140. Uma vez que a amostra biológica é amplificada, a mesma pode ser analisada com o uso de diodos emissores de luz 142 e com o uso de fotodetectores 144. Os diodos emissores de luz 142 transmitem radiação à amostra biológica para excitar a amostra biológica. Uma pluralidade de diodos emissores de luz 142 pode ser usada na unidade-base 102 para excitar a amostra biológica em uma taxa de ciclo predeterminada. Na modalidade mostrada, a pluralidade de diodos emissores de luz 142 pode ser submetida a um ciclo de ativação e desativação a 1,54 kHz. Em modalidades alternativas, os diodos emissores de luz 142 podem ser submetidos a ciclo em qualquer taxa de ciclo predeterminada. Quando a amostra biológica é excitada na taxa de ciclo predeterminada, a mesma emitirá radiação na mesma taxa de ciclo predeterminada e nos comprimentos de onda correspondentes dos corantes fluorescentes que foram adicionados à amostra biológica. Essa radiação poder ser recebida por fotodetectores 144. A pluralidade de fotodetectores 144 pode ser usada na unidade-base 102 para ler a radiação emitida da amostra biológica em comprimentos de onda de radiação diferentes. Em seguida, os sinais produzidos por fotodetectores 144 podem ser transmitidos ao conjunto eletrônico 132 para processamento e análise e podem exibidos no visor 116 como dados coletados durante o teste.
[0050] A unidade-base 102 é vantajosa, uma vez que é um dispositivo tudo-em-um. A unidade-base 102 inclui o conjunto óptico 124 para conduzir o teste de amostras biológicas no campo. A unidade-base 102 inclui adicionalmente o conjunto eletrônico 132 e o visor 116 para especificar qual teste deve ser executado e processado e para exibir dados que são coletados durante o teste. A unidade-base 102 inclui adicionalmente a fonte de alimentação 130, que inclui uma bateria, de modo que a unidade-base 102 possa ser usada no campo. A unidade-base 102 inclui todo componente que é necessário para conduzir o teste de uma amostra biológica e realiza isso em um dispositivo compacto que possa ser facilmente usado no campo. O uso da unidade-base 102 no campo evita preocupações sobre contaminação ou degradação de amostras biológicas e permite que um usuário reaja rapidamente aos resultados de teste no campo.
[0051] A Figura 4 é uma vista em perspectiva da unidade de expansão 106. A unidade de expansão 106 inclui o alojamento 150 (incluindo a primeira porção de alojamento 152 e a segunda porção de alojamento 154), a tampa 156, o receptáculo 158 e o conjunto óptico 124.
[0052] A unidade de expansão 106 é usada para analisar amostras biológicas que foram misturadas com uma mistura de reação (também denominada de mistura de amostra biológica e reagente). O alojamento 150 forma o corpo da unidade de expansão 106. O alojamento 150 inclui a primeira porção de alojamento 152 e a segunda porção de alojamento 154. A primeira porção de alojamento 152 forma uma porção-base da unidade de expansão 106, e a segunda porção de alojamento 154 forma uma porção superior da unidade de expansão 106. A unidade de expansão 106 inclui adicionalmente a tampa 156.
[0053] O receptáculo 158 está localizado em um lado superior da unidade de expansão 106 na modalidade mostrada, porém, pode ser localizado em qualquer localização adequada em modalidades alternativas. O receptáculo 158 é uma abertura no alojamento 150 da unidade de expansão 106. Um retentor de amostra que contém uma amostra biológica pode ser colocado no receptáculo 158 para teste. Na modalidade mostrada, o receptáculo 158 é configurado para receber o arranjo de tubos 108 (não mostrado na Figura 4). Em modalidades alternativas, o receptáculo 158 pode ser configurado de qualquer maneira que tenha capacidade para receber um retentor de amostra.
[0054] O alojamento 150 também inclui a tampa 156. A tampa 156 está localizada em um lado superior do alojamento 150 na modalidade mostrada, porém, pode ser localizada em qualquer localização adequada em modalidades alternativas. A tampa 150 está incluída na unidade de expansão 106 para cobrir o receptáculo 158. Quando um retentor de amostra é colocado no receptáculo 158 da unidade de expansão 106, o mesmo será posicionado no conjunto óptico 124 que está retido na unidade de expansão 106. O conjunto óptico 124 é posicionado logo abaixo do receptáculo 158 e pode ser acessado através do receptáculo 158. O conjunto óptico 124 poderá amplificar, excitar e detectar a amostra biológica no retentor de amostra. Na modalidade mostrada na Figura 4, o conjunto óptico 124 inclui um componente de aquecimento e componentes de detecção O componente de aquecimento é usado para aquecer a amostra biológica, o que faz com que a mesma seja amplificada. O componente de aquecimento pode aquecer a amostra biológica a uma temperatura constante, ou o componente de aquecimento pode submeter a amostra biológica a ciclo através de temperaturas diferentes. Em seguida, o conjunto óptico 124 usará a radiação para excitar a amostra biológica, de modo que a amostra biológica emita radiação que pode, em seguida, ser detectada pelos componentes de detecção. Em modalidades alternativas, a unidade de expansão 106 pode incluir apenas um componente de aquecimento ou apenas componentes de detecção. Além disso, o componente de aquecimento pode aquecer a amostra biológica a uma temperatura constante, o componente de aquecimento pode resfriar a amostra biológica a uma temperatura constante, ou o componente de aquecimento pode submeter a amostra biológica a ciclo através de um ciclo de temperaturas diferentes.
[0055] A tampa 156 é posicionada sobre o receptáculo 158 para impedir que a radiação escape do alojamento 150 através do receptáculo 158. A tampa 156 impede adicionalmente que entre luz ambiente no alojamento 150 através do receptáculo 158, o que impede que a luz ambiente distorça ou anule os resultados dos testes que são executados na unidade de expansão 106. A tampa 156 também cobre o receptáculo 158 a fim de impedir que entre contaminação no receptáculo 158 quando a unidade de expansão 106 estiver sendo usada no campo. A tampa 156 pode ser movida entre uma posição aberta e fechada e pode ser retida na posição fechada com qualquer meio adequado. Quando a tampa 156 estiver em uma posição aberta, os retentores de amostra (incluindo arranjo de tubos 108) podem ser inseridos e removidos do receptáculo 158. Quando a tampa 156 estiver fechada, os retentores de amostra serão retidos no receptáculo 158, e a radiação na unidade de expansão 106 não escapará do alojamento 150. Quando a tampa 156 estiver em uma posição fechada, a mesma exerce pressão sobre o retentor de amostra que é colocado em um bloco de calor na unidade de expansão 106. Isso aprimora o engate e a transferência de calor entre o retentor de amostra e o bloco de calor na unidade de expansão 106.
[0056] O receptáculo 158 pode ser conformado de modo a receber qualquer retentor de amostra, o que permite que a unidade de expansão 106 seja projetada para acomodar uma ampla variedade de retentores de amostra projetados de maneira padronizada ou personalizada. O arranjo de tubos 108 é um retentor de amostra padrão que está disponível extensivamente no mercado. Um cartão também pode ser projetado de maneira personalizada para uso como um retentor de amostra que deve ser usado com a unidade de expansão 106. O receptáculo 158 permite que a unidade de expansão 106 seja projetada para acomodar uma ampla variedade de formatos e tamanhos de retentor de amostra.
[0057] A unidade de expansão 106 é vantajosa, uma vez que permite que um usuário aumente a quantidade de testes que o usuário estiver executando em uma determinada situação. A unidade de expansão 106 pode ser usada em um ambiente de laboratório ou no campo. A unidade de expansão 106 pode fazer interface com uma unidade-base, em que a unidade-base indica qual teste a unidade de expansão 106 deve conduzir e quando o teste deve ser iniciado. Uma vez que os dados são coletados na unidade de expansão 106, os mesmos podem ser comunicados à unidade-base. Os dados podem ser processados na unidade de expansão 106 antes de serem comunicados à unidade-base ou podem ser comunicados à unidade-base sem serem processados. Em seguida, a unidade-base pode executar o protocolo de teste para processar os dados.
[0058] A Figura 5 é um diagrama de blocos da unidade de expansão 106. A unidade de expansão 106 inclui fonte de alimentação 160, conjunto eletrônico 162 e conjunto óptico 124. O conjunto óptico 124 inclui o bloco de calor 140, os diodos emissores de luz 142 e os fotodetectores 144.
[0059] A unidade de expansão 106 é usada para analisar e obter dados das amostras biológicas. A fim de realizar isso, a unidade de expansão 106 é equipada com a fonte de alimentação 160, com o conjunto eletrônico 162 e com o conjunto óptico 124. O conjunto eletrônico 162 inclui hardware, firmware e software para controlar as operações da unidade de expansão 106, incluindo um microprocessador. O conjunto eletrônico 162 inclui também uma interface de comunicação que se comunica com o conjunto eletrônico na unidade-base. A interface de comunicação pode ser uma interface com fio ou uma interface sem fio. A interface sem fio pode se comunicar por meio de Bluetooth, Wi-Fi, Infravermelho ou qualquer outra tecnologia sem fio.
[0060] O conjunto eletrônico na unidade-base indicará qual teste deve ser executado na unidade de expansão 106 e comunicará essas informações ao conjunto eletrônico 162 na unidade de expansão 106. Os dados que são coletados na unidade de expansão 106 durante o teste serão comunicados ao conjunto eletrônico 162 na unidade de expansão 106. Em seguida, o conjunto eletrônico 162 na unidade de expansão 106 comunicará os dados ao conjunto eletrônico na unidade-base. Os dados podem ser processados na unidade de expansão 106 antes de serem comunicados à unidade-base ou podem ser comunicados à unidade-base sem serem processados. O conjunto eletrônico na unidade-base também pode processar esses dados e transmitir os mesmos a um visor para serem exibidos. O conjunto eletrônico na unidade-base também armazena esses dados para recuperação ou transferência posteriormente.
[0061] Em uma modalidade, a unidade de expansão 106 pode ser encaixada em uma unidade-base através de um conjunto de circuitos de interface com fio. Quando a unidade de expansão 106 é encaixada na unidade- base, a unidade-base pode fornecer instruções à unidade de expansão 106 através do conjunto de circuitos de interface com fio. Em seguida, a unidade de expansão 106 pode ser removida da unidade-base e usada para executar testes. Após o teste ser concluído, a unidade de expansão 106 pode ser encaixada na unidade-base através do conjunto de circuitos de interface com fio novamente para comunicar os dados coletados durante o teste à unidade-base. Em uma segunda modalidade, a unidade de expansão 106 pode receber instruções de uma unidade-base de maneira sem fio com a utilização de um conjunto de circuitos de interface sem fio. Em seguida, a unidade de expansão 106 pode ser usada para executar testes. Após o teste ser concluído, a unidade de expansão 106 pode ser encaixada em uma unidade-base através do conjunto de circuitos de interface com fio para comunicar os dados coletados durante o teste à unidade-base.
[0062] O conjunto eletrônico 162 é conectado à fonte de alimentação 160 com o conjunto de circuitos de interface. Na modalidade mostrada na Figura 5, a fonte de alimentação 160 inclui componentes com capacidade para alimentar a unidade de expansão 106, incluindo uma bateria, uma placa de alimentação, um comutador de alimentação e uma tomada de alimentação que podem ser conectadas a uma fonte de alimentação para recarregamento. A potência da fonte de alimentação 160 é enviada ao conjunto eletrônico 162 através do conjunto de circuitos de interface de modo que a unidade de expansão 106 possa operar. Em uma modalidade alternativa, a unidade de expansão 106 pode ser alimentada por uma unidade-base, e a fonte de alimentação 160 incluirá uma tomada de alimentação que pode ser conectada à unidade-base para fornecer potência à unidade de expansão 106.
[0063] O conjunto eletrônico 162 inclui adicionalmente um microprocessador, uma memória associada e um conjunto de circuitos de interface para fazer interface com o conjunto óptico 124. A entrada que é recebida no conjunto eletrônico 162 a partir do conjunto eletrônico da unidade- base pode ser processada no conjunto eletrônico 162. Essas informações podem ser usadas para controlar o conjunto óptico 124. O conjunto óptico 124 conduz o teste da amostra biológica que é colocada na unidade de expansão 106. Uma vez que o teste é concluído, os dados que são coletados no conjunto óptico 124 podem ser comunicados ao conjunto eletrônico 162. O conjunto eletrônico 162 processa esses dados e pode transmitir os dados ao conjunto eletrônico na unidade-base. Em seguida, o conjunto eletrônico na unidade-base pode transmitir os dados a um visor de modo que o usuário possa monitorar os resultados de teste. O conjunto eletrônico 162 também pode transmitir os dados a um dispositivo externo com qualquer meio de transferência de dados adequado, incluindo transferência sem fio ou transferência através de uma porta USB, porta microUSB, cartão SD, ou cartão microSD.
[0064] O conjunto óptico 124 inclui o bloco de calor 140, diodos emissores de luz 142 e fotodetectores 144 para conduzir o teste das amostras biológicas que são colocadas na unidade de expansão 106. O conjunto óptico 124 amplificará a amostra biológica com o uso de calor e, em seguida, excitará a amostra biológica com radiação a fim de detectar a presença de um marcador fluorescente. As amostras biológicas que são colocadas na unidade de expansão 106 serão misturadas com uma mistura de reação que contém um ou mais corantes fluorescentes. Quando a amostra biológica é colocada na unidade de expansão 106, o bloco de calor 140 amplificará a amostra biológica com calor. O bloco de calor 140 está posicionado debaixo do receptáculo 158 na unidade de expansão 106 de modo que, quando um retentor de amostra que contém uma amostra biológica é colocado na unidade de expansão 106, o retentor de amostra seja posicionado no bloco de calor 140. Uma vez que a amostra biológica é amplificada, a mesma pode ser analisada com o uso de diodos emissores de luz 142 e com o uso de fotodetectores 144. Os diodos emissores de luz 142 transmitem radiação à amostra biológica para excitar a amostra biológica. Uma pluralidade de diodos emissores de luz 142 pode ser usada na unidade de expansão 106 para excitar a amostra biológica em uma taxa de ciclo predeterminada. Na modalidade mostrada, a pluralidade de diodos emissores de luz 142 pode ser submetida a um ciclo de ativação e desativação a 1,54 kHz. Em modalidades alternativas, os diodos emissores de luz 142 podem ser submetidos a ciclo em qualquer taxa de ciclo predeterminada. Quando a amostra biológica é excitada na taxa de ciclo predeterminada, a mesma emitirá radiação na mesma taxa de ciclo predeterminada e nos comprimentos de onda correspondentes dos corantes fluorescentes que foram adicionados à amostra biológica. Essa radiação poder ser recebida por fotodetectores 144. Uma pluralidade de fotodetectores 144 pode ser usada na unidade de expansão 106 para ler a radiação emitida da amostra biológica em comprimentos de onda de radiação diferentes. Em seguida, os sinais produzidos por fotodetectores 144 podem ser transmitidos ao conjunto eletrônico 162 para a transmissão ao conjunto eletrônico da unidade-base. Em seguida, o conjunto eletrônico da unidade-base pode processar e analisar os dados e exibir os dados à medida que os dados são coletados durante o teste.
[0065] A Figura 6A é uma vista em perspectiva do conjunto óptico 124. A Figura 6B é uma vista em corte transversal do conjunto óptico 124. O conjunto óptico 124 inclui a porção de aquecimento 170 (não mostrada na Figura 6A), a porção de lente 172 (não mostrada na Figura 6A), a porção de alojamento 174, a primeira porção de montagem óptica 176 e a segunda porção de montagem óptica 178. É também mostrado na Figura 6B o arranjo de tubos 108.
[0066] O conjunto óptico 124 pode ser posicionado tanto na unidade-base 102 quanto nas unidades de expansão 106. O conjunto óptico 124 inclui a porção de aquecimento 170 para aquecer a mistura de amostra biológica e o reagente no arranjo de tubos 108. A porção de lente 172 está posicionada na porção de aquecimento 170 para direcionar a radiação através do conjunto óptico 124. A porção de alojamento 174 é posicionada ao redor da porção de aquecimento 170 e forma a porção de corpo principal do conjunto óptico 124. A primeira porção de montagem óptica 176 é posicionada em um primeiro lado da porção de alojamento 174 e a segunda porção de montagem óptica 178 é posicionada em um segundo lado da porção de alojamento 174. Tanto a primeira porção de montagem óptica 176 quanto a segunda porção de montagem óptica 178 montam diodos emissores de luz no conjunto óptico 124 para excitar a mistura de amostra biológica e reagente no arranjo de tubos 108. Além disso, tanto a primeira porção de montagem óptica 176 quanto a segunda porção de montagem óptica 178 montam fotodetectores no conjunto óptico 124 para detectar um sinal da mistura de amostra biológica e reagente no arranjo de tubos 108.
[0067] A Figura 7 é uma vista explodida da porção de aquecimento 170 do conjunto óptico 124. Conforme visto nas Figuras 6B e 7, a porção de aquecimento 170 inclui o bloco de amostra 190, o componente de aquecimento 192, o sensor de temperatura 194, as cavidades 196, as passagens 198, as passagens 200, passagens 202 e as passagens 204.
[0068] A porção de aquecimento 170 inclui o bloco de amostra 190 que forma a porção de corpo principal da porção de aquecimento 170. O componente de aquecimento 192 é fixado a um segundo lado do bloco de amostra 190. O componente de aquecimento 192 é um aquecedor plano de poliimida na modalidade mostrada, porém, pode ser qualquer aquecedor adequado em modalidades alternativas. O sensor de temperatura 194 é colocado em uma porção inferior do bloco de amostra 190 para captar a temperatura do bloco de amostra 190. Além disso, em modalidades alternativas, um comutador de corte térmico, tal como um comutador PEPI, pode ser colocado em série com um fio no componente de aquecimento 192.
[0069] O bloco de amostra 190 inclui cavidades 196 em um lado superior do bloco de amostra 190. Cada cavidade 196 é dimensionada para receber um tubo no arranjo de tubos 108. Na modalidade mostrada na Figura 7, o componente de aquecimento 192 aquece cada uma das cavidades 196 a uma temperatura constante de modo que o dispositivo de teste modular 100 possa ser usado com químicas de amplificação isotérmicas. Em modalidades alternativas, o componente de aquecimento 192 pode aquecer cada cavidade 196 a uma temperatura diferente através de um gradiente, ou pode haver uma pluralidade de componentes de aquecimento de modo que cada cavidade seja aquecida por um componente de aquecimento diferente a uma temperatura diferente. Isso permite que um usuário conduza um teste preliminar para determinar qual temperatura deve ser usada para analisar uma amostra biológica particular. Em modalidades alternativas adicionais, o componente de aquecimento 192 pode incluir um ciclo térmico com capacidade para submeter a porção de aquecimento 170 a ciclagem através de temperaturas diferentes de modo que o dispositivo de teste modular 100 possa ser usado com químicas de reação em cadeia de polimerase (PCR) não isotérmicas.
[0070] O bloco de amostra 190 inclui adicionalmente as passagens 198, as passagens 200, as passagens 202 e as passagens 204. As passagens 198 se estendem de um primeiro lado do bloco de amostra 190 às cavidades 196. As passagens 200 se estendem de um lado inferior do bloco de amostra 190 às cavidades 196. As passagens 202 se estendem do segundo lado do bloco de amostra 190 às cavidades 196. As passagens 204 se estendem de um lado inferior do bloco de amostra 190 às cavidades 196. As passagens 198, as passagens 200, as passagens 202 e as passagens 204 se estendem através do bloco de amostra 190 para direcionar a radiação para dentro e para fora da mistura de amostra biológica e reagente no arranjo de tubos 108 nas cavidades 196.
[0071] A Figura 8 é uma vista explodida da porção de lente 172 do conjunto óptico 124. Conforme visto nas Figuras 6B e 8, a porção de lente 172 inclui as lentes 210 e o retentor de lentes 212.
[0072] A porção de lente 172 inclui lentes 210 que são posicionadas no bloco de amostra 190 da porção de aquecimento 170. As passagens 198 no bloco de amostra 190 são dimensionadas para receber as lentes 210 no primeiro lado do bloco de amostra 190. Uma lente 210 é posicionada em cada passagem 198 do bloco de amostra 190. As lentes 210 são retidas nas passagens 198 com o retentor de lente 212. O retentor de lente 212 tem uma pluralidade de furos de modo que a radiação possa passar através do retentor de lente 212 a fim de passar através das lentes 210.
[0073] A Figura 9 é uma vista explodida da porção de alojamento 174 do conjunto óptico 124. Conforme visto nas Figuras 6A a 6B e 9, a porção de alojamento 174 inclui o primeiro alojamento 220, o segundo alojamento 222, a blindagem térmica 224, as passagens 226, as passagens 228, as passagens 230, as passagens 232 e os furos 234.
[0074] A porção de alojamento 174 inclui o primeiro alojamento 220 posicionado em um primeiro lado da porção de aquecimento 170 e do segundo alojamento 222 posicionado em um segundo lado da porção de aquecimento 170. O primeiro alojamento 220 e o segundo alojamento 222 formam uma porção de corpo principal da porção de alojamento 174. A blindagem térmica 224 é posicionada entre o primeiro alojamento 220 e o segundo alojamento 222 em um lado superior da porção de aquecimento 170.
[0075] O primeiro alojamento 220 inclui as passagens 226 e as passagens 228. As passagens 226 se estendem de um primeiro lado do primeiro alojamento 220 a um lado interior do bloco de amostra adjacente 190 ao primeiro alojamento 220. Cada passagem 226 no primeiro alojamento 220 é alinhada a uma passagem 198 no bloco de amostra 190. As passagens 228 se estendem de um lado inferior do primeiro alojamento 220 a um lado interior do bloco de amostra adjacente 190 ao primeiro alojamento 220. Cada passagem 228 no primeiro alojamento 220 é alinhada a uma passagem 200 no bloco de amostra 190. As passagens 226 e 228 se estendem através do primeiro alojamento 220 para direcionar a radiação para dentro e para fora da mistura de amostra biológica e reagente no arranjo de tubos 108 nas cavidades 196 do bloco de amostra 190.
[0076] O segundo alojamento 222 inclui as passagens 230 e as passagens 232. As passagens 230 se estendem de um segundo lado do segundo alojamento 222 a um lado interior do bloco de amostra adjacente 190 ao segundo alojamento 222. Cada passagem 230 no segundo alojamento 222 é alinhada a uma passagem 202 no bloco de amostra 190. As passagens 232 se estendem de um lado inferior do segundo alojamento 222 a um lado interior do bloco de amostra adjacente 190 ao segundo alojamento 222. Cada passagem 232 no segundo alojamento 222 é alinhada a uma passagem 204 no bloco de amostra 190. As passagens 230 e 232 se estendem através do segundo alojamento 222 para direcionar a radiação para dentro e para fora da mistura de amostra biológica e reagente no arranjo de tubos 108 nas cavidades 196 do bloco de amostra 190.
[0077] A blindagem térmica 224 é posicionada sobre o bloco de amostra 190 e retida entre o primeiro alojamento 220 e o segundo alojamento 222. Os furos 234 se estendem de um lado superior a um lado inferior da blindagem térmica 224. Cada furo 234 na blindagem térmica 224 é alinhado a uma cavidade 196 no bloco de amostra 190. Isso permite que o arranjo de tubos 108 seja posicionado nas cavidades 196 no bloco de amostra 190 através dos furos 234 na blindagem térmica 224. A blindagem térmica 224 é posicionada sobre o bloco de amostra 190 para impedir que o calor escape do lado superior do bloco de amostra 190. A blindagem térmica 224 fornece adicionalmente uma superfície isolada para proteger o usuário do lado superior de bloco de amostra 190 quando o bloco de amostra 190 estiver quente.
[0078] A Figura 10A é uma vista parcialmente explodida da primeira porção de montagem óptica 176 do conjunto óptico 124. A Figura 10B é uma vista parcialmente explodida da segunda porção de montagem óptica 178 do conjunto óptico 124. A Figura 10C é uma vista parcialmente explodida da primeira porção de montagem óptica 176 e da segunda porção de montagem óptica 178 do conjunto óptico 124. Conforme visto nas Figuras 6A a 6B, 10A e 10C, a primeira porção de montagem óptica 176 inclui o alojamento 240, o alojamento 242, o filtro de emissão 244, a gaxeta 246, o filtro de excitação 248, as passagens 250, passagens 252, placa de montagem de fotodetectores 254, os fotodetectores 256, a gaxeta 258, a placa de montagem de diodos emissores de luz 260, os diodos emissores de luz 262 e a gaxeta 264. Conforme visto nas Figuras 6A a 6B e 10B a 10C, a segunda porção de montagem óptica 178 inclui o alojamento 270, o alojamento 272, o filtro de emissão 274, a gaxeta 276, o filtro de excitação 278, as passagens 280, as passagens 282, a placa de montagem de fotodetectores 284, os fotodetectores 286, a gaxeta 288, a placa de montagem de diodos emissores de luz 290, os diodos emissores de luz 292 e a gaxeta 294.
[0079] A primeira porção de montagem óptica 176 é posicionada em um primeiro lado da porção de alojamento 174. A primeira porção de montagem óptica 176 inclui o alojamento 240 e o alojamento 242 que formam uma porção de corpo principal da primeira porção de montagem óptica 176. O alojamento 240 é fixada a um primeiro lado do primeiro alojamento 220 da porção de alojamento 174. O filtro de emissão 244 é posicionado entre o alojamento 240 e o primeiro alojamento 220 em um sulco no primeiro lado do primeiro alojamento 220. A gaxeta 246 é posicionada entre o filtro de emissão 244 e o alojamento 240. O alojamento 242 é fixado a um lado inferior do primeiro alojamento 220 da porção de alojamento 174. O filtro de excitação 248 é posicionado entre o alojamento 242 e o primeiro alojamento 220 em um sulco no lado inferior do primeiro alojamento 220.
[0080] O alojamento 240 inclui passagens 250. As passagens 250 se estendem de um primeiro lado do alojamento 240 a um lado interior do alojamento 240 adjacente ao primeiro alojamento 220. Cada passagem 250 no alojamento 240 é alinhada a uma passagem 226 no primeiro alojamento 220. O alojamento 242 inclui passagens 252. As passagens 252 se estendem de um lado inferior do alojamento 252 a um lado interior do primeiro alojamento 220 adjacente ao alojamento 242. Cada passagem 252 no alojamento 242 é alinhada a uma passagem 228 no primeiro alojamento 220.
[0081] A placa de montagem de fotodetectores 254 é conectada a um primeiro lado do alojamento 240. A placa de montagem de fotodetectores 254 é uma placa eletrônica que inclui fotodetectores 256. Cada fotodetector 256 na placa de montagem de fotodetectores 254 é posicionado em uma passagem 250 no alojamento 240. A gaxeta 258 é posicionada entre a placa de montagem de fotodetectores 254 e o alojamento 240. A placa de montagem de diodos emissores de luz 260 é fixada a um lado inferior do alojamento 242. A placa de montagem de diodos emissores de luz 260 é uma placa eletrônica que inclui os diodos emissores de luz 262. Cada diodo emissor de luz 262 na placa de montagem de diodos emissores de luz 260 é posicionada em uma passagem 252 no alojamento 242. A gaxeta 264 está posicionada entre a placa de montagem de diodos emissores de luz 260 e o alojamento 242.
[0082] A segunda porção de montagem óptica 178 é posicionada em um segundo lado da porção de alojamento 174. A segunda porção de montagem óptica 178 inclui o alojamento 270 e o alojamento 272 que formam uma porção de corpo principal da segunda porção de montagem óptica 178. O alojamento 270 é fixado a um segundo lado do segundo alojamento 222 da porção de alojamento 174. O filtro de emissão 274 está posicionado entre o alojamento 270 e o segundo alojamento 222 em um sulco no segundo lado do segundo alojamento 222. A gaxeta 276 é posicionada entre o filtro de emissão 274 e o alojamento 270. O alojamento 272 é fixado a um lado inferior do segundo alojamento 222 da porção de alojamento 174. O filtro de excitação 278 está posicionado entre o alojamento 272 e o segundo alojamento 222 em um sulco no lado inferior do segundo alojamento 222.
[0083] O alojamento 270 inclui passagens 280. As passagens 280 se estendem de um segundo lado do alojamento 270 a um lado interior do segundo alojamento 222 adjacente ao alojamento 270. Cada passagem 280 no alojamento 270 é alinhada a uma passagem 230 no segundo alojamento 222. O alojamento 272 inclui passagens 282. As passagens 282 se estendem de um lado inferior do alojamento 282 a um lado interior do segundo alojamento 222 adjacente ao alojamento 282. Cada passagem 282 no alojamento 272 é alinhada a uma passagem 232 no segundo alojamento 222.
[0084] A placa de montagem de fotodetectores 284 é conectada a um primeiro lado do alojamento 270. A placa de montagem de fotodetectores 284 é uma placa eletrônica que inclui fotodetectores 286. Cada fotodetector 286 na placa de montagem de fotodetectores 284 é posicionado em uma passagem 280 no alojamento 270. A gaxeta 288 é posicionada entre a placa de montagem de fotodetectores 284 e o alojamento 270. A placa de montagem de diodos emissores de luz 290 é fixada a um lado inferior do alojamento 272. A placa de montagem de diodos emissores de luz 290 é uma placa eletrônica que inclui os diodos emissores de luz 292. Cada diodo emissor de luz 292 na placa de montagem de diodos emissores de luz 290 está posicionada em uma passagem 282 no alojamento 272. A gaxeta 294 está posicionada entre a placa de montagem de diodos emissores de luz 290 e o alojamento 272.
[0085] Conforme visto nas Figuras 6A a 10C, o conjunto óptico 124 pode excitar e detectar emissões de uma mistura de amostra biológica e reagente no arranjo de tubos 108 que está posicionado no conjunto óptico 124. Os diodos emissores de luz 262 são diodos emissores de luz bicolor que podem emitir a radiação em dois comprimentos de onda diferentes. Na modalidade mostrada, os diodos emissores de luz 262 são diodos emissores de luz bicolor azul e âmbar para excitar o corante de fluorescência amidita de fluoresceína (FAM) e o corante de fluorescência 6-Carboxil-X-Rodamina (ROX), respectivamente. Além disso, os diodos emissores de luz 262 emitem radiação a uma taxa de ciclo predeterminada de 1,54 kHz. A radiação dos diodos emissores de luz 262 pode passar através das passagens 252, do filtro de excitação 248, das passagens 228 e das passagens 200 na mistura de amostra biológica e reagente no arranjo de tubos 108 que está retido nas cavidades 196. O filtro de excitação 248 é um filtro de excitação passa-banda duplo com capacidade para passar qualquer um dos comprimentos de onda emitidos pelos diodos emissores de luz 262. O filtro de excitação 248 é um único filtro que se estende por todo o comprimento do arranjo de tubos 108, desse modo, o filtro de excitação 248 se estende entre passagens adjacentes 228 no primeiro alojamento 220. A radiação dos diodos emissores de luz 262 pode excitar um corante fluorescente na mistura de amostra biológica e reagente. Essa excitação do corante fluorescente emitirá um sinal da mistura de amostra biológica e reagente, e a emissão pode passar através das passagens 198, das passagens 226, do filtro de emissão 244 e das passagens 250 para ser detectada pelos fotodetectores 256. O filtro de emissão 244 é um filtro de emissão passa-banda duplo na modalidade mostrada. O filtro de emissão 244 é um filtro único que se estende por todo o comprimento do arranjo de tubos 108, consequentemente, o filtro de emissão 244 se estende entre as passagens adjacentes 226 no primeiro alojamento 220.
[0086] Os diodos emissores de luz 292 são diodos emissores de luz que podem emitir radiação em um único espectro de comprimento de onda. Na modalidade mostrada, os diodos emissores de luz 292 são diodos emissores de luz verde para excitar o corante de fluorescência 6-carboxi-X- hexaclorofluoresceína (HEX). Além disso, os diodos emissores de luz 292 emitem radiação a uma taxa de ciclo predeterminada de 1,54 kHz. A radiação dos diodos emissores de luz 292 pode passar através das passagens 282, do filtro de excitação 278, das passagens 232 e das passagens 204 na mistura de amostra biológica e reagente no arranjo de tubos 108 que está retido nas cavidades 196. O filtro de excitação 278 é um filtro passa-banda único com capacidade para passar o comprimento de onda emitido pelos diodos emissores de luz 292. O filtro de excitação 278 é um filtro único que se estende por todo o comprimento do arranjo de tubos 108, consequentemente, o filtro de excitação 278 se estende entre as passagens adjacentes 232 no segundo alojamento 222. A radiação dos diodos emissores de luz 292 pode excitar um corante fluorescente na mistura de amostra biológica e reagente. Essa excitação do corante fluorescente emitirá um sinal da mistura de amostra biológica e reagente, e a emissão pode passar através das passagens 202, das passagens 230, do filtro de emissão 274 e das passagens 280 para ser detectada pelos fotodetectores 286. O filtro de emissão 274 é um filtro passa-banda único na modalidade mostrada. O filtro de emissão 274 é um filtro único que se estende por todo o comprimento do arranjo de tubos 108, consequentemente, o filtro de emissão 274 se estende entre as passagens adjacentes 230 no segundo alojamento 222.
[0087] Em uma modalidade alternativa, os diodos emissores de luz 292 podem ser diodos emissores de luz bicolor que podem emitir a radiação em dois comprimentos de onda diferentes. Além disso, o filtro de excitação 278 pode ser um filtro passa-banda duplo com capacidade para passar ambos os comprimentos de onda emitidos pelos diodos emissores de luz 292, e o filtro de emissão 274 também pode ser um filtro passa-banda duplo. Isso resulta na capacidade do dispositivo de teste modular 100 para testar quatro corantes fluorescentes diferentes que podem ser misturados com a mistura de amostra biológica e reagente.
[0088] Os diodos emissores de luz 262 e os diodos emissores de luz 292 emitem radiação na forma de luz que é submetida a ciclo a uma taxa predeterminada de 1,54 kHz. Isso causa emissões da mistura de amostra biológica e reagente na mesma taxa predeterminada. Desse modo, os fotodetectores 256 e os fotodetectores 286 também recebem as emissões da mistura de amostra biológica e reagente em uma taxa de 1,54 kHz. O conjunto de circuitos eletrônicos conectados aos fotodetectores 256 e aos fotodetectores 286 é projetado para eliminar por filtração eletronicamente todas as outras frequências com exceção de 1,54 kHz. Isso negará qualquer luz ambiente ou outras fontes de radiação no dispositivo de teste modular 100 que podem interferir com a precisão do teste.
[0089] A presença de um filtro único para o filtro de emissão 244, para o filtro de excitação 248, para o filtro de emissão 274 e para o filtro de excitação 278 simplifica o projeto do dispositivo de teste modular 100. Esse projeto simplificado torna o dispositivo de teste modular 100 mais adequado para uso no campo. Caso um dentre o filtro de emissão 244, o filtro de excitação 248, o filtro de emissão 274 ou o filtro de excitação 278 tenha de substituído, é fácil de substituir todo o filtro em vez de vários filtros diferentes individuais. Além disso, com o uso de um filtro para cada um dentre o filtro de emissão 244, o filtro de excitação 248, o filtro de emissão 274 ou o filtro de excitação 278 reduz o custo do dispositivo de teste modular 100.
[0090] A Figura 11 é um fluxograma que mostra etapas para operar o dispositivo de teste modular 100. O fluxograma inclui as etapas 300 a 316.
[0091] A etapa 300 inclui preparar uma mistura de amostra biológica e reagente para teste. A mistura de reagente pode conter a mistura principal para o ensaio desejado, incluindo corantes fluorescentes ou marcadores, tais como FAM ou ROX, necessários para detectar o analito desejado no dispositivo de teste modular 100. Uma vez que um usuário obtém uma amostra biológica, a amostra biológica pode, em seguida, ser misturada com uma mistura de amostra biológica e reagente. Mais especificamente, a amostra biológica é misturada primeiramente com um tampão de reação. Em seguida, uma porção da mistura de amostra biológica e tampão de reação é transferida a um retentor de amostra que contém uma mistura principal seca. Isso forma a mistura de amostra biológica e reagente para teste. A mistura de amostra biológica e reação pode ser testada no retentor de amostra que contém a mistura principal seca ou transferida a um retentor de amostra diferente para teste.
[0092] Na etapa 302, tanto a unidade-base quanto a unidade de expansão 106 são ligadas. Na etapa 304, um protocolo de teste é selecionado na unidade- base. Isso pode ser feito por meio da varredura de um código com o leitor de código legível por máquina 154. O código conterá informações sobre qual o protocolo de teste deve ser executado e quais parâmetros devem ser usados. O protocolo de teste também pode ser selecionado no visor da unidade-base, e os parâmetros podem ser inseridos na unidade-base. A etapa 306 inclui comunicar o protocolo de teste selecionado a partir da unidade-base à unidade de expansão 106. Em seguida, a unidade de expansão 106 pode iniciar o aquecimento à temperatura exigida para o protocolo de teste selecionado. Quando a unidade de expansão 106 é pré-aquecida, a mesma pode se comunicar com a unidade- base. A unidade-base notificará visual e audivelmente o usuário de que a unidade de expansão 106 está pronta para teste. Na etapa 308, o usuário abre a tampa 156 da unidade de expansão 106 e colocar o retentor de amostra com a mistura de amostra biológica e reagente no conjunto de aquecimento 170 na unidade de expansão 106.
[0093] Na etapa 310, o usuário inicia a sequência de excitação e de detecção para o ensaio desejada com o uso da interface de usuário no visor da unidade-base. Em seguida, a unidade-base se comunica com a unidade de expansão 106 para indicar à unidade de expansão 106 que o teste pode ser iniciado. O conjunto óptico 124 a unidade de expansão 106 que inicia a sequência de excitação e de detecção. A etapa 312 inclui coletar os dados da mistura de amostra biológica e reagente na unidade de expansão 106 durante a sequência de excitação e de detecção. A etapa 314 inclui comunicar os dados da unidade de expansão 106 à unidade-base. Os dados são transmitidos do conjunto óptico 124 ao conjunto eletrônico 162 na unidade de expansão 106. Os dados podem ser processados pelo conjunto eletrônico 162 na unidade de expansão 106 antes de serem comunicados à unidade-base. Em seguida, o conjunto eletrônico 162 na unidade de expansão 106 comunica os dados a um conjunto eletrônico a unidade-base. A etapa 316 inclui processar os dados na unidade-base. Em seguida, os dados processados podem ser exibidos na unidade-base ao usuário.
[0094] As etapas 312, 314 e 316 podem ser feitas em tempo real à medida que os dados são coletados da mistura de amostra biológica e reagente a unidade de expansão 106. O conjunto eletrônico e o visor na unidade-base também podem registrar em log os dados recebidos da unidade de expansão 106 e monitorar os dados em busca de atividade de limiar. Uma vez que o ensaio é concluído, o visor sinaliza um resultado positivo, negativo ou intermediário ao usuário. O conjunto eletrônico da unidade-base também pode armazenar os dados obtidos para recuperação ou transferência.
[0095] As etapas 300 a 316 descritas acima se aplicam tanto à unidade- base 102 quanto à unidade-base 104. Caso a unidade-base 102 seja usada, o teste adicional pode ser conduzido na unidade-base 102 ao mesmo tempo que o teste estiver sendo conduzido na unidade de expansão 106. A unidade-base 102 pode ser pré-aquecida ao mesmo tempo que a unidade de expansão 106, e a tampa 120 da unidade-base 102 pode ser aberta de modo que um retentor de amostra que contém uma mistura de amostra biológica e reagente possa ser colocado no conjunto de aquecimento 10 da unidade-base 102. Além disso, a unidade-base 102 pode iniciar a sequência de excitação e de detecção para o ensaio desejado ao mesmo tempo que a unidade de expansão 106, e os dados podem ser coletados da mistura de amostra biológica e reagente na unidade- base 102. A unidade-base 102 pode exibir os dados coletados na unidade-base 102 e na unidade de expansão 106 no visor 116.
[0096] Embora a invenção tenha sido descrita com referência à modalidade (ou modalidades) exemplificativa, será entendido pelas pessoas versadas na técnica que várias mudanças podem ser feitas, e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem que haja afastamento do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação particular ou um material aos ensinamentos da invenção sem que haja afastamento do escopo essencial da mesma. Portanto, a invenção está destinada a não ser limitada à modalidade (ou modalidades) revelada, porém, a invenção incluirá todas as modalidades que são abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims (14)

1. Dispositivo de teste modular (100) caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade-base (102): uma unidade de expansão (106) que se comunica com a unidade-base (102), sendo que a unidade de expansão (106) compreende: um alojamento (150); um receptáculo (158) configurado para receber um arranjo de tubos (108) retentor de amostra que contém misturas de amostra biológica e reagente; e um conjunto óptico (124) posicionado no alojamento (150), em que o conjunto óptico (124) é configurado para amplificar e detectar um sinal a partir de misturas de amostras biológicas e reagentes no arranjo de tubo (108), em que os dados que são coletados no conjunto óptico (124) são comunicados à unidade-base (102), em que o conjunto óptico (124) da unidade de expansão (106) inclui um filtro de excitação (248, 278) que se estende por todo o conjunto óptico (124) e receptáculo (158), em que o conjunto óptico (124) é configurado para emitir radiação através do filtro de excitação (248, 278) em cada amostra biológica e mistura de reagentes no arranjo de tubos, e, em que o conjunto óptico (124) é configurado para receber emissões de cada amostra biológica e mistura de reagentes no arranjo de tubos através do filtro de emissão (244, 274).
2. Dispositivo de teste modular (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de expansão (106) se comunica com a unidade-base (102) através de uma conexão com fio.
3. Dispositivo de teste modular (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de expansão (106) se comunica com a unidade-base (102) através de uma conexão sem fio.
4. Dispositivo de teste modular (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de teste modular (100) inclui uma pluralidade de unidades de expansão (106) que se comunicam, cada uma, diretamente com a unidade-base (102).
5. Dispositivo de teste modular (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de teste modular (100) inclui uma pluralidade de unidades de expansão (106), em que uma primeira unidade de expansão (106) se comunica diretamente com a unidade-base (102), e as outras unidades de expansão (106) se comunicam com a unidade-base (102) através da primeira unidade de expansão (106).
6. Dispositivo de teste modular (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade- base (102) compreende: um alojamento (150) com um visor de tela sensível ao toque integrado (116); um receptáculo (122) configurado para receber um arranjo de tubo (108) retentor de amostra que contém mistura de amostra biológica e reagente; e um conjunto óptico (124) posicionado no alojamento (150), em que o conjunto óptico (124) é configurado para amplificar e detectar um sinal da mistura de amostra biológica e reagente no aranjo de tubos (108); e um conjunto eletrônico (132) que é configurado para receber dados do conjunto óptico (124) e transmitir os mesmos para exibição no visor de tela sensível ao toque (116); e uma fonte de alimentação (130) no alojamento (150) para alimentar a unidade-base.
7. Dispositivo de teste modular (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o conjunto óptico (124) da unidade-base (102) inclui um filtro de excitação (248, 278) que se estende por todo o conjunto óptico (124) e receptáculo (158) e um filtro de emissão (244, 274) que se estende por todo o conjunto óptico (124) e receptáculo (158), em que em que o conjunto óptico (124) é configurado para emitir radiação através do filtro de excitação (248, 278) em cada amostra biológica e mistura de reagentes no arranjo de tubos, e, em que o conjunto óptico (124) é ainda configurado para receber emissões de cada amostra biológica e mistura de reagentes no arranjo de tubos através do filtro de emissão (244, 274).
8. Dispositivo de teste modular (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade- base (102) é um computador selecionado a partir do grupo que consiste em um computador de mesa, um computador do tipo laptop, um computador do tipo tablet, um telefone móvel, um relógio de pulso inteligente e um PC incorporado.
9. Dispositivo de teste modular (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de expansão (106) compreende adicionalmente: um conjunto eletrônico (162) que é configurado para receber dados do conjunto óptico (124) e transmitir os mesmos à unidade-base (102); e uma fonte de alimentação (160) no alojamento (150) para alimentar a unidade de expansão (106).
10. Método para analisar mistura de amostra biológica e reagente em um dispositivo de teste modular (100) conforme definido pela reivindicação 1, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: preparar mistura de amostra biológica e reagente para teste e colocar mistura de amostra biológica e reagente em um arranjo de tubo (108) retentor de amostra; colocar o retentor de amostra em um receptáculo em uma unidade de expansão (106); em que a unidade de expansão (106) compreende um conjunto óptico (124) compreendendo um filtro de excitação (248, 278) que se estende por todo o conjunto óptico (124) e o receptáculo e um filtro de emissão (244, 274) que se estende por todo o conjunto conjunto óptico (124) e o receptáculo; iniciar uma sequência de testes de excitação e de detecção com o conjunto optico (124) par analisar misturas de amostra biológica e reagente na unidade de expansão (106), em que a sequência de teste de excitação e detecção compreende emitir radiação através do filtro de excitação (248, 278) para cada mistura de amostra biológica e reagentes no arranjo de tubos (108) e receber emissões de cada mistura de amostra biológica e reagentes na conjunto de tubos (108) através do filtro de emissão (244, 274); coletar dados da mistura de amostra biológica e reagente na unidade de expansão (106), em que os dados são coletados pelo conjunto optico (124); e comunicar os dados da unidade de expansão (106) a uma unidade-base (102).
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a comunicação dos dados da unidade de expansão (106) à unidade-base (102) inclui comunicar os dados através de uma conexão com fio entre a unidade de expansão (106) e a unidade-base (102).
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a comunicação dos dados da unidade de expansão (106) à unidade-base (102) inclui comunicar os dados através de uma conexão sem fio entre a unidade de expansão (106) e a unidade-base (102).
13. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: processar os dados na unidade de expansão (106); processar os dados na unidade-base (102); e exibir os dados em uma tela da unidade-base (102).
14. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: ligar a unidade-base (102) e a unidade de expansão (106); selecionar o protocolo de teste na unidade-base (102); comunicar o protocolo de teste selecionado da unidade- base (102) à unidade de expansão (106); e pré-aquecer a unidade de expansão (106) em conformidade com o protocolo de teste selecionado.
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