BR112020002044A2 - aparelho de processamento de amostras com aquecedor, agitador e ímã integrados - Google Patents

aparelho de processamento de amostras com aquecedor, agitador e ímã integrados Download PDF

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BR112020002044A2
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Thuan-Khim Khor
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Abstract

a presente invenção refere-se a amostras em uma rede de contentores processadas montando os contentores sobre um estágio de amostra, movendo ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de uma primeira coluna de contentores para aplicar um campo magnético, movendo os ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de uma segunda coluna, e mover elementos de aquecedor em proximidade com os fundos de contentor da primeira coluna. enquanto o campo magnético é aplicado nos contentores da segunda coluna, energia térmica pode ser aplicada nos contentores da primeira coluna. o processo pode ser repetido para colunas adicionais. os contentores podem também ser agitados para agitar as amostras. um único aparelho pode executar aquecimento, agitação, e aplicação de campo magnético, sem precisar transportar os contentores para diferentes estações.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRAS COM AQUECEDOR, AGITADOR E ÍMÃ INTEGRADOS".
PEDIDOS RELATIVOS
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente U.S. Número de Série 15/668.039, depositado em 03 de agosto de 2017, intitulado "APARELHO DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRAS COM AQUECEDOR, AGITADOR E ÍMÃ INTEGRADOS", o conteúdo do qual está aqui incorporado por referência na sua totalidade.
CAMPO TÉCNICO
[002] A presente invenção refere-se, de forma geral, ao processamento de amostras, tais como amostras biológicas ou químicas que residem em um líquido, por aquecimento, agitação, e separação baseada em magnética. Especificamente, a invenção refere- se a um aparelho que integra aquecimento, agitação orbital e separação por esferas magnéticas.
ANTECEDENTES
[003] Muitos métodos para processar e analisar amostras envolvem as etapas de aquecimento, agitação, e aplicação de um campo magnético nas amostras tal como para extrair compostos alvo das amostras. Convencionalmente, as três etapas de aquecimento, agitação, e aplicação de um campo magnético são executadas em três estações independentes e separadas, por exemplo, utilizando um agitador, um dispositivo de separação magnética, e um aquecedor.
[004] Um exemplo é uma classe de métodos que implementam a hibridação e purificação de DNA de amostras de sangue. Uma amostra que consiste em DNA carregada em tamponador líquido é provida no contentor de amostra. Esferas magnéticas são adicionadas ao contentor. As esferas magnéticas podem ser funcionalizadas conforme necessário para permitir que as moléculas de DNA adiram nas esferas.
O contentor é então montado em um agitador tal como um agitador orbital. O agitador agita a amostra para obter uma mistura homogênea das esferas magnéticas com a amostra, melhorando a produção de DNA ligado nas esferas magnéticas. Após agitação, a amostra é removida do agitador e transportada para um dispositivo de separação magnética. A amostra é distribuída em um tubo e o tubo é montado em um suporte de tubo do dispositivo de separação magnética. O dispositivo de separação magnética inclui ímãs permanentes posicionados próximos do lado do tubo. Os ímãs permanentes atraem as esferas magnéticas para o lado do tubo, por meio disto concentrando as esferas magnéticas em uma região dentro do tubo. O tamponador é então removido do tubo e substituído por etanol como uma etapa de lavagem. A amostra é então transportada de volta para o agitador, e o agitador é operado novamente para dispersar o etanol e as esferas magnéticas dentro do tubo. A amostra é então transportada de volta para o dispositivo de separação magnética para novamente concentrar as esferas magnéticas. As etapas acima de agitação e separação de esferas magnéticas podem ser repetidas uma ou mais vezes. A amostra é então removida do dispositivo de separação magnética e transportada para um bloco de aquecedor. O aquecimento pelo bloco de aquecedor evapora o etanol, e as esferas magnéticas são permitidas secarem ao ar. O DNA pode então ser eluído das esferas magnéticas por uma etapa de lavagem de solvente adequada.
[005] O processo convencional de aquecimento, agitação e aplicação de um campo magnético é desvantajoso. A presença de três estações separadas requeridas para aquecimento, agitação e separação baseada em magnética consome um espaço excessivo sobre uma bancada de trabalho. A utilização de três estações separadas requer que as amostras sejam manualmente manipuladas e transportadas de uma estação para outra estação, o que é demorado e cria o potencial de contaminação das amostras. Consequentemente, existe uma necessidade de resolver estes problemas.
SUMÁRIO
[006] Para resolver as necessidades acima, todas ou em parte, e/ou outras necessidades que possam ter sido observadas por pessoas versadas na técnica, a presente descrição provê métodos, processos, sistemas, aparelhos, instrumentos, e/ou dispositivos, como descrito por meio de exemplo nas implementações abaixo apresentadas.
[007] De acordo com uma modalidade, um aparelho de processamento de amostras inclui: um estágio de amostra que tem uma abertura e configurado para suportar um suporte de amostra de modo que o suporte de amostra cubra a abertura; um primeiro estágio configurado para mover ao longo de um primeiro eixo geométrico; um segundo estágio configurado para mover alternadamente na direção e afastando da abertura ao longo de um segundo eixo geométrico ortogonal ao primeiro eixo geométrico, o segundo estágio acoplado no primeiro estágio em que o segundo estágio é móvel com o primeiro estágio ao longo do primeiro eixo geométrico; uma pluralidade de elementos de aquecedor disposta sobre o segundo estágio e linearmente posicionada ao longo de um terceiro eixo geométrico ortogonal ao primeiro eixo geométrico e ao segundo eixo geométrico; e uma pluralidade de ímãs disposta sobre o segundo estágio e linearmente posicionada ao longo do terceiro eixo geométrico, em que: os ímãs estão posicionados adjacentes aos elementos de aquecedor de modo que cada ímã está espaçado de um respectivo dos elementos de aquecedor ao longo do primeiro eixo geométrico; o primeiro estágio está configurado para sequencialmente mover os elementos de aquecedor e os ímãs para uma pluralidade de posições de coluna ao longo do primeiro eixo geométrico, em que em cada posição de coluna, pelo menos os elementos de aquecedor ou os ímãs estão alinhados com uma coluna de contentores de amostra do suporte de amostra quando o suporte de amostra está montado no estágio de amostra, a coluna sendo disposta ao longo do terceiro eixo geométrico; e o segundo estágio está configurado para, em cada posição de coluna, mover os elementos de aquecedor e os ímãs entre uma posição superior na qual os elementos de aquecedor e os ímãs estão mais próximos do suporte de amostra quando o suporte de amostra está montado no estágio de amostra, e uma posição inferior na qual os elementos de aquecedor e os ímãs estão remotos do suporte de amostra.
[008] Em uma modalidade, o aparelho de processamento de amostras inclui um controlador configurado para controlar os movimentos do primeiro estágio e do segundo estágio.
[009] De acordo com outra modalidade, um método para processar uma amostra inclui: prover um suporte de amostra que compreende uma pluralidade de contentores de amostra disposta como uma rede de uma pluralidade de colunas e uma pluralidade de filas, em que a pluralidade de colunas compreende pelo menos uma primeira coluna e uma segunda coluna adjacente à primeira coluna, a primeira coluna contém uma ou mais amostras em um ou mais respectivos contentores de amostra da primeira coluna, e a segunda coluna contém uma ou mais amostras em um ou mais respectivos contentores de amostra da segunda coluna; montar o suporte de amostra em um estágio de amostra de modo que o suporte de amostra cubra uma abertura do estágio de amostra, em que a abertura tem uma área que permite os contentores de amostra sejam expostos através da abertura; mover uma pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna; aplicar campos magnéticos gerados pelos ímãs nos contentores de amostra da primeira coluna para expor as uma ou mais amostras da primeira coluna a um ou mais dos campos magnéticos; mover a pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da segunda coluna, enquanto o suporte de amostra permanece montado no estágio de amostra; mover uma pluralidade de elementos de aquecedor em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna; e aplicar energia térmica que emite dos elementos de aquecedor para os contentores de amostra da primeira coluna para expor as uma ou mais amostras da primeira coluna à energia térmica.
[0010] Em uma modalidade, os contentores de amostra estão espaçados uns dos outros por um passo de contentor para contentor, os elementos de aquecedor estão espaçados uns dos outros por um passo de aquecedor para aquecedor igual ao passo de contentor para contentor, os ímãs estão espaçados uns dos outros por um passo de ímã para ímã igual ao passo de contentor para contentor, e cada ímã está espaçado de um respectivo dos elementos de aquecedor por um passo de ímã para aquecedor igual ao passo de contentor para contentor.
[0011] Outros dispositivos, aparelhos, sistemas, métodos, características e vantagens da invenção serão ou ficarão aparentes para alguém versado na técnica quando do exame das figuras seguintes e descrição detalhada. É pretendido que tais sistemas, métodos, características e vantagens adicionais sejam incluídas nesta descrição, estejam dentro do escopo da invenção, e sejam protegidos pelas reivindicações acompanhantes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0012] A invenção pode ser melhor compreendida referindo às figuras seguintes. Os componentes nas figuras não estão necessariamente em escala, ênfase ao invés sendo colocada ilustrando os princípios da invenção. Nas figuras, números de referência iguais designam partes correspondentes através de todas as diferentes vistas.
[0013] Figura 1 é uma vista em perspectiva de um exemplo de um aparelho de processamento de amostras de acordo com uma modalidade.
[0014] Figura 2 é outra vista em perspectiva do aparelho de processamento de amostras, de um lado oposto àquele mostrado na Figura 1.
[0015] Figura 3 é uma vista em perspectiva de um exemplo de suporte de amostra que pode ser utilizado com o aparelho de processamento de amostras ilustrado na Figura 1 de acordo com uma modalidade.
[0016] Figura 4 é uma vista de topo do aparelho de processamento de amostras ilustrado na Figura 1.
[0017] Figura 5 é uma vista lateral do aparelho de processamento de amostras ilustrado na Figura 1, com vários componentes removidos para primariamente mostrar um agitador e uma estrutura.
[0018] Figura 6 é uma vista plana de um exemplo de um acoplamento de acionamento excêntrico de acordo com uma modalidade.
[0019] Figura 7 é uma vista plana de um exemplo de um acoplamento de guia excêntrico de acordo com uma modalidade.
[0020] Figura 8 é uma vista lateral de uma porção superior do aparelho de processamento de amostras ilustrado na Figura 1, que ilustra um conjunto de aquecedor e ímã em uma posição superior de primeira coluna de acordo com uma modalidade.
[0021] Figura 9 é uma vista lateral de uma porção superior do aparelho de processamento de amostras ilustrado na Figura 1, que ilustra o conjunto de aquecedor e ímã em uma posição inferior de primeira coluna de acordo com uma modalidade.
[0022] Figura 10 é uma vista lateral de uma porção superior do aparelho de processamento de amostras ilustrado na Figura 1, que ilustra o conjunto de aquecedor e ímã em uma posição inferior de segunda coluna de acordo com uma modalidade.
[0023] Figura 11 é uma vista lateral de uma porção superior do aparelho de processamento de amostras ilustrado na Figura 1, que ilustra o conjunto de aquecedor e ímã em uma posição superior de segunda coluna de acordo com uma modalidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0024] Como aqui utilizado, o termo "fluido" é utilizado em um sentido geral para referir a qualquer substância que seja fluida através de um conduto. Assim, o termo "fluido" pode geralmente referir a ou um líquido ou um gás, a menos que especificado de outro modo ou o contexto dite de outro modo.
[0025] Como aqui utilizado, o termo "líquido" geralmente refere-se a uma substância fluida. Um líquido pode fazer parte de uma mistura que também inclui um material tal como, por exemplo, compostos (bio)químicos, esferas ou outras partículas. Em tal caso, o líquido pode ser caracterizado como incluindo ou contendo o material, ou o material pode ser caracterizado como estando dentro ou carregado em ou pelo, líquido. O material pode ser "carregado" dentro do líquido por qualquer mecanismo. Como exemplos, a mistura de líquido-material pode ser uma solução, uma suspensão, um coloide, ou uma emulsão. Partículas sólidas e/ou bolhas de gás podem estar presentes no líquido.
[0026] Como aqui utilizado, o termo "composto (bio)químico" abrange compostos químicos e compostos biológicos. Um composto químico pode, por exemplo, ser uma pequena molécula ou uma molécula de alto peso molecular (por exemplo, um polímero). Um composto biológico pode ser, por exemplo, um biopolímero.
[0027] Os termos "ácido nucleico" e "polinucleotídeo" são aqui utilizados intercambiavelmente para descrever um polímero de qualquer comprimento, por exemplo, maior do que aproximadamente 2 bases, maior do que aproximadamente 10 bases, maior do que aproximadamente 100 bases, maior do que aproximadamente 500 bases, maior do que aproximadamente 1000 bases, ou até aproximadamente 10.000 ou mais bases compostas de nucleotídeos, por exemplo, desoxirribonucleotídeos ou ribonucleotídeos, e podem ser produzidos enzimaticamente ou sinteticamente (por exemplo, PNA conforme descrito na Patente U.S. Número 5.948.902 e as referências nesta citadas) e os quais podem hibridar com ácidos nucleicos que ocorrem naturalmente em um modo específico de sequência análogo àquele de dois ácidos nucleicos que ocorrem naturalmente, por exemplo, podem participar em interações de emparelhamento de bases Watson-Crick. Além de ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA), os termos "ácido nucleico" e "polinucleotídeo" podem abranger ácido nucleico peptídico (PNA), ácido nucleico bloqueado (LNA) e ácido nucleico não estruturado (UNA).
[0028] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um exemplo de um aparelho de processamento de amostras 100 de acordo com uma modalidade. A Figura 2 é outra vista em perspectiva do aparelho de processamento de amostras 100 de um lado oposto àquele mostrado na Figura 1. Para propósitos descritivos, as Figuras 1 e 2 (e outras figuras de desenho) incluem estrutura de referência de coordenadas Cartesianas (X, Y, Z), a origem da qual foi arbitrariamente localizada relativa ao aparelho ilustrado 100. Tipicamente, o eixo geométrico X e eixo geométrico Y ficam em um plano horizontal de modo que o eixo geométrico Z está orientado em uma direção vertical. Estes eixos são alternativamente referidos como direções. Para propósitos descritivos, o eixo geométrico X, eixo geométrico Z, e eixo geométrico Y são alternativamente referidos como o primeiro eixo geométrico ou direção, o segundo eixo geométrico ou direção, e o terceiro eixo geométrico ou direção, respectivamente.
[0029] O aparelho 100 está configurado para executar aquecimento, agitação (movimentação) e separação de esferas magnéticas (separação de analitos utilizando esferas magnéticas) de amostras como adicionalmente abaixo descrito. Para implementar estas funções, o aparelho 100 geralmente inclui um aquecedor 104, um conjunto de ímãs 108, e um agitador 112. O aparelho 100 também geralmente inclui uma estrutura 116 que suporta o aquecedor 104, conjunto de ímãs 108, agitador 112, e vários outros componentes do aparelho 100. A estrutura 116 pode incluir uma ou mais estruturas tais como uma placa inferior ou base 120, uma placa superior 124, e uma ou mais paredes laterais (ou barras) 128 que estendem (tipicamente verticalmente) entre a base 120 e a placa superior 124.
[0030] O aparelho 100 pode ser um aparelho independente que integra as operações de aquecimento, agitação e separação de esferas magnéticas. O aparelho 100 pode estar contido em um alojamento (não mostrado). O alojamento (se provido) pode estar configurado para isolar o aparelho 100, incluindo amostras sendo processadas pelo o aparelho 100, do ambiente. O alojamento pode estar configurado para prover um ambiente substancialmente livre de poeira. O alojamento pode estar configurado para prover um controle ambiental, por exemplo, em termos de temperatura, pressão, umidade, etc. O aparelho 100 pode fazer parte de (por exemplo, dentro de, conectado a, ou próximo de) um sistema associado. Assim, a base 120 pode estar disposta sobre uma superfície adequada tal como uma bancada ou mesa, ou sobre uma superfície de um alojamento ou um sistema associado que este próprio está disposto sobre uma superfície adequada tal como uma bancada ou mesa. O sistema associado (se provido) pode ser qualquer aparelho ou sistema configurado para executar funções relativas à preparação, processamento, e/ou análise de amostras. Como exemplos, o sistema associado pode estar configurado para manipulação de material de laboratório (por exemplo, garra robóptica e transporte), manipulação de líquidos (por exemplo, aspiração, transporte, e fornecimento de amostras, soluções, soluções, solventes, reagentes, marcadores tais como corantes, etc., tal como com um pipetador e bombas, válvulas, e tubulação associadas), preparação de amostras (por exemplo, adição de líquidos tais como reagentes, tamponadores, diluentes, etc.), detecção ou medição de amostras (por exemplo, detecção/medição baseada em óptica ou formação de imagens tal como baseada em fluorescência, luminescência, absorvência, microscopia etc.), leitura óptica de códigos de barras ou outros índices que unicamente identifiquem amostras ou contentores de amostra, etc.
[0031] O aparelho 100 pode estar configurado para processar uma ou mais amostras, e pode estar configurado para processar uma pluralidade de amostras simultaneamente. Uma ou mais das amostras (e/ou o líquido no qual estas residem) podem ser diferentes umas das outras, ou todas as amostras podem ser as mesmas. Uma ou mais amostras podem ser suportadas em um ou mais respectivos contentores de amostra. O agitador 112 está configurado para receber um ou mais contentores de amostra em um modo efetivo para transferir a ação de agitação gerada pelo agitador 112 para o(s) contentor(es), e para manter o(s) contentor(es) presos no agitador 112 durante a agitação. Assim, o agitador 112 está configurado de modo que contentor(es) montado(s) no mesmo moverá(ão) de acordo com a ação de agitação. Em algumas modalidades, o agitador 112 está além disso configurado de modo que o(s) contentor(es) montados no mesmo moverão com o componente de agitação (movimento) do agitador 112, mas não moverão em relação ao componente de agitação.
[0032] A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um exemplo de suporte de amostra 300 que pode ser utilizado com o aparelho 100 de acordo com uma modalidade. Nesta modalidade, o suporte de amostra 300 inclui uma estrutura de suporte 332 configurada para definir ou suportar uma pluralidade de contentores de amostra individuais 336 (câmaras, poços, etc.) nos quais amostras individuais podem ser respectivamente contidas. Na modalidade ilustrada, o suporte de amostra 300 é uma placa de microtitulação de poços múltiplos, ou microplaca, a qual inclui uma rede bidimensional de poços (contentores de amostra 336). Em uma modalidade típica, a rede bidimensional é uma matriz de poços retangular 2:3. Na presente modalidade, o suporte de amostra 300 inclui doze colunas e oito filas de poços, para um número total de 96 poços. No exemplo ilustrado, os contentores de amostra 336 em cada coluna estão linearmente posicionados e espaçados um dos outros ao longo do eixo geométrico Y (terceiro eixo geométrico ou direção), as colunas estão adjacentes umas às outras ao longo do eixo geométrico X (primeiro eixo geométrico ou direção), os contentores de amostra 336 em cada fila estão linearmente posicionados e espaçados uns dos outros ao longo do eixo geométrico X, e as filas estão adjacentes umas às outras ao longo do eixo geométrico Y. A configuração da rede de poços pode estar de acordo com um formato padrão tal como os padrões de American National Standards Institute/Society for Laboratory Automation and Screening (ANSI/SLAS) para placas de múltiplos poços correntes no tempo de depósito da presente descrição. O passo dos poços (ou outro tipo de contentores de amostra 336), por exemplo a distância entre os centros de dois poços adjacentes, aqui referida como passo de poço para poço P, pode ser uniforme como especificado por ANSI/SLAS 4-2004 (R2012): Microplates - Well Positions. Com isto, em um exemplo não limitante o passo de poço para poço P é 9,0 mm no caso de um formato de 96 poços, ou aproximadamente 9,0 10 mm quando considerando as tolerâncias posicionais especificadas por ANSI/SLAS 4-2004.
[0033] Em outras modalidades, o número de colunas pode ser mais ou menos do que doze e o número de filas pode ser mais ou menos do que oito. As seções transversais dos poços (ou outro tipo de contentores de amostra 336) no plano X-Y pode ser cilíndrica (como ilustrado) ou poligonal. Os perfis laterais dos poços ao longo de sua profundidade (eixo geométrico Z) podem ser retos ou afinados, e podem ter uma ou mais transições nas quais as seções transversais são apreciavelmente reduzidas (escalonadas). Todo ou parte do suporte de amostra 300 (por exemplo, os fundos dos contentores de amostra 336) pode ser opticamente transparente para permitir leitura óptica. Em outras modalidades, os contentores de amostra 336 podem ser removíveis da estrutura de suporte 332. Por exemplo, a estrutura de suporte 332 pode ser uma prateleira ou similares e os contentores de amostra 336 podem ser frascos ou similares que são suportados pela prateleira.
[0034] As Figuras 1, 2, e 4-7 ilustra componentes do agitador 112. A Figura 4 é uma vista de topo do aparelho 100. A Figura 5 é uma vista lateral do aparelho 100, com vários componentes removidos para primariamente mostrar o agitador 112 e a estrutura 116. O agitador 112 inclui um estágio de amostra (ou agitador) (ou plataforma) 140 sobre a qual o suporte de amostra (por exemplo, o suporte de amostra 300 ilustrado na Figura 3 está montado. O estágio de amostra 140 é móvel para executar a ação de agitação. O estágio de amostra 140 pode incluir características de montagem 144 de qualquer configuração adequada para acoplar nas características de montagem complementares (não mostradas) de ou acopladas com o suporte de amostra 300, por meio disto que o suporte de amostra 300 seja seguramente no estágio de amostra 140. Como melhor mostrado na Figura 5, o agitador 112 ainda inclui um motor 548 (por exemplo, um motor CC tal como um motor CC sem escovas) com um eixo de saída 552 girado pelo motor 548. O motor 548 aciona o movimento do estágio de amostra 140 (por meio disto agitando o suporte de amostra 300 e a(s) amostra(s) contida(s) pelo suporte de amostra 300) através do eixo de saída rotativo 552 e uma conexão de transmissão adequada acoplada entre o eixo de saída 552 e o estágio de amostra 140.
[0035] Na presente modalidade, o agitador 112 está configurado como um agitador orbital, isto é, o agitador 112 está configurado para imprimir um movimento orbital ao estágio de amostra 140 e consequentemente ao suporte de amostra 300 montado no estágio de amostra 140. Nesta modalidade, o agitador 112 inclui um acoplamento de acionamento excêntrico 156 e um ou mais acoplamentos de guia excêntricos 160 montados no estágio de amostra 140. A modalidade ilustrada inclui quatro acoplamentos de guia excêntricos 160, apesar de que mais ou menos do que quatro podem ser providos. As posições do acoplamento de acionamento excêntrico 156 e dos acoplamentos de guia excêntricos 160 podem ser distribuídas através de toda a pegada do estágio de amostra 140 para distribuir a força de agitação imposta ao suporte de amostra 300. Um acoplador de eixo 564 intercambia o motor 548 (através do eixo de saída 552) e o acoplamento de acionamento excêntrico 156. Com isto, o motor 548 ativamente aciona o movimento orbital do acoplamento de acionamento excêntrico 156 e em resposta os acoplamentos de guia excêntricos 60 passivamente seguem o movimento orbital ativamente acionado.
[0036] A Figura 6 é uma vista plana do acoplamento de acionamento excêntrico 156. O acoplamento de acionamento excêntrico 156 inclui um eixo de acionamento 668 preso a um excêntrico de acionamento 672 através de um rolamento 676 concêntrico com o eixo de acionamento 668. O eixo de acionamento 668 gira coaxialmente com seu eixo geométrico central. Em resposta à rotação do eixo de acionamento 668, no entanto, o excêntrico de acionamento 672, sendo excentricamente formado, orbita ao redor do eixo geométrico central do eixo de acionamento 668, por meio disto imprimindo um movimento de agitação orbital ao estágio de amostra 140 como apreciado por pessoas versadas na técnica. A extensão radial da órbita relativa ao eixo geométrico central do eixo de acionamento 668 é definida por um deslocamento 680, o qual, por exemplo pode ser um ou uns poucos milímetros.
[0037] A Figura 7 é uma vista plana de um dos acoplamentos de guia excêntricos 160. O acoplamento de guia excêntrico 160 está estruturado e opera similarmente ao acoplamento de acionamento excêntrico 156. Consequentemente, o acoplamento de guia excêntrico 160 inclui um eixo de guia 768 preso em um excêntrico de guia 772 através de um rolamento 776 concêntrico como o eixo de guia 768. O eixo de guia 768 gira coaxialmente com seu eixo geométrico central, enquanto o excêntrico de guia 772 orbita ao redor do eixo geométrico central do eixo de guia 768, com um deslocamento 780 tendo o mesmo valor que o deslocamento 680 do acoplamento de acionamento excêntrico 156. O eixo de guia 768 não é ativamente acionado, mas ao invés gira em resposta à rotação do eixo de acionamento 668 diretamente acionado pelo motor 548 e o movimento orbital resultante do estágio de amostra 140 e excêntrico de guia 772.
[0038] Referindo à Figura 4, o aquecedor 104 pode incluir um ou mais elementos de aquecedor 184 posicionados abaixo do estágio de amostra 140 e assim abaixo do suporte de amostra 300 (Figura 3) quando montado no estágio de amostra 140. Na presente modalidade que utiliza um suporte de amostra de múltiplos contentores 300, o aquecedor 104 inclui uma rede linear de elementos de aquecedor 184. Como as colunas do suporte de amostra 300, os elementos de aquecedor 184 estão linearmente posicionados e espaçados uns dos outros ao longo do eixo geométrico Y (terceiro eixo geométrico ou direção). O número de elementos de aquecedor 184 é o mesmo que o número de contentores de amostra 336 providos em cada coluna do suporte de amostra 300 (oito na presente modalidade). Os elementos de aquecedor 184 têm um passo de aquecedor para aquecedor, o qual é o mesmo passo que o passo de poço para poço P (Figura 3) dos contentores de amostra 336. Assim, quando os elementos de aquecedor 184 estão posicionados abaixo de qualquer dada coluna de contentores de amostra 336, cada elemento de aquecedor 184 pode ser associado com um correspondente dos contentores de amostra 336. Mais ainda, os centros dos elementos de aquecedor 184 são capazes de serem alinhados com os respectivos centros dos contentores de amostra 336 no plano X-Y. Os elementos de aquecedor 184 podem ser cilíndricos ou ter porções cilíndricas. Em uma modalidade, o aquecedor 104 é um dispositivo de aquecimento resistivo, em cujo caso os elementos de aquecedor 184 podem ser compostos de um material que tem uma boa condutividade térmica, tal como uma composição metálica (metal ou liga metálica), e podem estar em contato térmico (tipicamente físico) com uma tira de material eletricamente resistente. Neste caso, os elementos de aquecedor 184 podem ser aquecidos correndo uma corrente elétrica através do material eletricamente resistente, por meio de que a energia térmica emitida do material eletricamente resistente é transferida por condução de calor para os elementos de aquecedor 184. Consequentemente, a energia térmica é emitida dos elementos de aquecedor 184 e transferida para os contentores de amostra 336 por convecção.
[0039] Também na presente modalidade, os elementos de aquecedor 184 são móveis de modo que estes possam ser indexados em uma base de coluna por coluna. Isto é, os elementos de aquecedor 184 são móveis de modo que estes possam ser sequencialmente alinhadas com cada coluna de contentores de amostra 336 do suporte de amostra 300. Para este propósito, os elementos de aquecedor 184 são móveis (transladáveis) em pelo menos uma (primeira) direção horizontal no plano X-Y (ao longo do eixo geométrico X na presente modalidade). Especificamente, a primeira direção é a direção ao longo da qual as colunas estão adjacentes umas às outras, por meio disto permitindo os elementos de aquecedor 184 tratar cada coluna em sucessão. Os elementos de aquecedor 184 podem também ser móveis (transladáveis) na (segunda) direção vertical (ao longo do eixo geométrico Z) para permitir que os elementos de aquecedor 184 sejam movidos na direção (levantados) e afastando (abaixados) dos contentores de amostra 336 e por meio disto seletivamente aplicam energia térmica aos contentores de amostra 336.
[0040] Como melhor ilustrado na Figura 2, o aparelho 100 inclui um conjunto de plataforma 134. O conjunto de plataforma 134 inclui um primeiro estágio 188 e um segundo estágio 192 para efetuar o movimento dos elementos de aquecedor 184. O primeiro estágio 188 está configurado para mover ao longo do primeiro eixo geométrico (X), e o segundo estágio 192 está configurado para mover ao longo do segundo eixo geométrico (Z). O primeiro estágio 188 é acionado por um motor de primeiro estágio 196 (por exemplo, um motor de passo bidirecional) acoplado no primeiro estágio 188 através de conexão de transmissão adequada 206, tal como uma disposição de correia dentada e polia como ilustrado. O movimento do primeiro estágio 188 pode ser guiado por uma ou mais primeiras guias lineares 110. O segundo estágio 192 é acionado por um motor de segundo estágio 214 (por exemplo, um motor de passo bidirecional) acoplado no segundo estágio 192 através de uma conexão de transmissão adequada 218, tal como uma disposição de cremalheira e pinhão, acionamento de parafuso, etc. O movimento do segundo estágio 192 pode ser guiado por uma ou mais segundas guias lineares 122. Na presente modalidade, as segundas guias lineares 122 estão montadas no primeiro estágio 188, e o segundo estágio 192 está posicionado entre o primeiro estágio 188 e o estágio de amostra 140. Além disso, os elementos de aquecedor 184 estão montados no segundo estágio 192. Por esta configuração, o segundo estágio 192 (e assim os elementos de aquecedor 184) move na direção e afastando do estágio de amostra 140 (e assim um suporte de amostra 300 montado no estágio de amostra 140) em relação ao primeiro estágio
188. Mais ainda, o primeiro estágio 188 move o segundo estágio 192 (e assim os elementos de aquecedor 184) na primeira direção (X) para sequencialmente tratar as colunas do suporte de amostra 300.
[0041] Referindo à Figura 4, o conjunto de ímãs 108 pode incluir um ou mais ímãs 126 posicionados abaixo do estágio de amostra 140 e assim abaixo do suporte de amostra 300 (Figura 3) quando montado no estágio de amostra 140. Na presente modalidade utilizando um suporte de amostra de múltiplos contentores 300, o conjunto de ímãs 108 inclui uma rede linear de ímãs 126. Como as colunas do suporte de amostra 300 e os elementos de aquecedor 184, os ímãs 126 estão linearmente posicionados e espaçados uns dos outros ao longo do eixo geométrico Y (terceiro eixo geométrico ou direção). O número de ímãs 126 é o mesmo que o número de contentores de amostra 336 provido em cada coluna do suporte de amostra 300 (oito na presente modalidade). Os ímãs 126 têm um passo de ímã para ímã, o qual é o mesmo passo que o passo de poço para poço P (Figura 3) dos contentores de amostra
336. Assim, quando os ímãs 126 estão posicionados abaixo de qualquer dada coluna de contentores de amostra 336, cada ímã 126 pode estar associado com um correspondente dos contentores de amostra 336. Mais ainda, os centros dos ímãs 126 são capazes de serem alinhados com os respectivos centros dos contentores de amostra 336 no plano X-Y. Os ímãs 126 podem ser cilíndricos (ou em forma de anel). Os ímãs 126 podem ser ímãs permanentes (por exemplo, neodímio), ou podem ser eletroímãs.
[0042] Como os elementos de aquecedor 184 na presente modalidade, os ímãs 126 são móveis em pelo menos a primeira direção
(X) de modo que estes possam ser sequencialmente alinhados com cada coluna de contentores de amostra 336 do suporte de amostra 300, e por meio disto tratam cada coluna em sucessão. Os ímãs 126 podem também ser móveis na segunda direção (Z) para permitir que os ímãs 126 sejam movidos na direção e afastando dos contentores de amostra 336 e por meio disto seletivamente aplicam os campos magnéticos localizados gerados pelos respectivos ímãs 126 nos contentores de amostra 336. Os ímãs 126 podem assim ser movidos por estágios X e Z. Na presente modalidade, os ímãs 126 estão montados no mesmo conjunto de plataforma 134 que os elementos de aquecedor 184, e assim o conjunto de plataforma 134 pode também ser referido como um conjunto de plataforma aquecedor/ímã 134. Os ímãs 126 estão montados no segundo estágio 192, e assim os mesmos primeiro estágio 188 e segundo estágio 192 são utilizados para mover tanto os elementos de aquecedor 184 quanto os ímãs 126. Esta configuração reduz o número de estágios motorizados requeridos, e permite que a rede linear de ímãs 126 seja posicionada adjacente à rede linear de elementos de aquecedor 184. Os elementos de aquecedor 184 e os ímãs 126 têm um passo de ímã para aquecedor, o qual é o passo entre cada elemento de aquecedor 184 e o ímã correspondente 126 adjacente àquele elemento de aquecedor 184 ao longo da primeira (X). Como evidente da Figura 4, o passo de ímã para aquecedor pode ser o mesmo que o passo de poço para poço P (Figura 3) dos contentores de amostra
336. Com isto, os ímãs 126 podem ser alinhados com e aplicar campos magnéticos aos respectivos contentores de amostra 336 de uma coluna, enquanto os elementos de aquecedor 184 podem estar alinhados com e aplicar energia térmica nos respectivos contentores de amostra 336 de uma coluna adjacente.
[0043] Como melhor ilustrado na Figura 4, o estágio de amostra 140 geralmente tem duas regiões de extremidade opostas 438 adjacentes a duas regiões laterais opostas 442, e uma abertura 130 através da espessura do estágio de amostra 140 definida por bordas internas das regiões de extremidade 438 e das regiões laterais 442. A abertura 130 é grande o bastante para abranger a área da rede inteira de contentores de amostra 336 do suporte de amostra 300 quando montada no estágio de amostra 140. A abertura 130 assim expõe todos os contentores de amostra 336 no lado inferior do suporte de amostra 300, permitindo os elementos de aquecedor 184 e os ímãs 126 acessarem todos os contentores de amostra 336, isto é, permitindo que os elementos de aquecedor 184 e os ímãs 126 sejam movidos ao longo da segunda direção (Z) em proximidade imediata aos fundos dos contentores de amostra 336, e aplicar a energia térmica e campos magnéticos. Mais ainda, o acoplamento de acionamento excêntrico 156 está posicionado em uma das regiões de extremidade 438, e os acoplamentos de guia excêntricos 160 estão posicionados nas regiões laterais 442, o que facilita o acesso aos fundos dos contentores de amostra 336 pelos elementos de aquecedor 184 e os ímãs 126.
[0044] Em uma modalidade, o aparelho 100 pode ainda incluir um dispositivo de posicionamento inicial (não mostrado) configurado para determinar uma posição inicial do segundo estágio 192 e assim dos elementos de aquecedor 184 e dos ímãs 126. A posição inicial pode ser a posição na qual os elementos de aquecedor 184 ou os ímãs 126 são determinados estarem alinhados com (ou coaxiais com, em relação ao eixo geométrico Z) uma dada coluna de contentores de amostra 336. Se um desalinhamento for encontrado, o primeiro estágio 188 pode ser ajustado para corrigir o desalinhamento. Para este propósito, o dispositivo de posicionamento inicial pode comunicar com (prover sinais de retorno para) um controlador de sistema do aparelho 100 que controla a operação do conjunto de plataforma 134, como apreciado por pessoas versadas na técnica. Como exemplos não limitantes, o dispositivo de posicionamento inicial pode ser um fotointerruptor, um codificador óptico, uma chave de relé, ou outro sensor apropriado como apreciado por pessoas versadas na técnica.
[0045] As Figuras 8-11 ilustram a operação (especificamente os movimentos) do aquecedor 104 e do conjunto de ímãs 108. Especificamente, as Figuras 8-11 são vistas laterais de uma porção superior do aparelho 100, que ilustra uma sequência de movimentos do aquecedor 104 e do conjunto de ímãs 108 como implementada pelo conjunto de plataforma 134. As Figuras 8-10 ainda ilustram um suporte de amostra 300 montado sobre o estágio de amostra 140. O suporte de amostra 300 está mostrado em seção transversal de modo que os contentores de amostra 336 estão visíveis. As primeiras três colunas de contentores de amostra 336 são rotuladas C1, C2, e C3, respectivamente, e a última coluna é rotulada C12. Neste exemplo, a primeira coluna C1 foi arbitrariamente selecionada para ser a coluna mais à esquerda da perspectiva das Figuras 8-11. Consequentemente, a progressão de movimento do aquecedor 104 e do conjunto de ímãs 108 na primeira direção (X) (ou direção de coluna para coluna) é da esquerda para a direita da perspectiva das Figuras 8-11.
[0046] A Figura 8 mostra o aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 em uma posição inicial ou de primeira coluna em relação às colunas. O conjunto de ímãs 108 precede o aquecedor 104 na primeira direção (X), a qual pode também ser referida como a direção de coluna para coluna. Com isto, na posição de primeira coluna os ímãs 126 estão alinhados (verticalmente, na segunda direção (Z)) com a primeira coluna C1, enquanto os elementos de aquecedor 184 estão localizados fora da pegada da rede de contentores de amostra 336 (sob a extremidade esquerda do suporte de amostra 300) e assim não estão em alinhamento com nenhuma das colunas. Na posição de primeira coluna, o aquecedor 104 pode estar DESLIGADO (ou inativo), de modo que os elementos de aquecedor 184 não estão ativamente emitindo energia térmica. Na posição de primeira coluna e todas as subsequentes posições de coluna, o aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 podem ser móveis entre uma posição superior (ou levantada) e a posição inferior (ou abaixada) em relação à segunda direção (Z).
[0047] A Figura 8 mostra a posição superior de primeira coluna, na qual os ímãs 126 estão em proximidade imediata com os contentores de amostra 336 da primeira coluna C1. Na posição superior de primeira coluna, as amostras contidas nos contentores de amostra 336 da primeira coluna C1 são imersas nos respectivos campos magnéticos gerados pelos ímãs 126, ou pelo menos são imersas nas fortes regiões dos campos magnéticos. Apresentado diferentemente, na posição superior de primeira coluna, os ímãs 126 estão espaçados a uma distância próxima dos fundos dos contentores de amostra 336 na qual os campos magnéticos aplicados nos contentores de amostra 336 são efetivos para seu propósito pretendido (tal como, por exemplo, puxar as esferas magnéticas para baixo para os fundos dos contentores de amostra 336. Por comparação, a Figura 9 mostra a posição inferior de primeira coluna, na qual os elementos de aquecedor 184 e os ímãs 126 estão mais remotamente espaçados dos contentores de amostra 336. Na posição inferior de primeira coluna, os contentores de amostra 336 não estão mais imersos nos campos magnéticos, ou pelo menos não estão mais imersos nas fortes regiões dos campos magnéticos. Apresentado diferentemente, na posição inferior de primeira coluna, os ímãs 126 estão espaçados em uma distância remota dos fundos dos contentores de amostra 336 na qual os campos magnéticos aplicados nos contentores de amostra 336 não são efetivos para seu propósito pretendido. Em qualquer das posições de coluna inferiores, o aquecedor 104 pode estar DESLIGADO ou pelo menos pode estar uma distância grande o suficiente afastado dos contentores de amostra 336 que uma insignificante quantidade de energia térmica será depositada nos contentores de amostra 336. Do mesmo modo, em qualquer das posições de coluna superiores, o aquecedor 104 pode estar DESLIGADO se não sendo utilizado para aquecer a coluna de contentores de amostra 336 acima dos elementos de aquecedor 184.
[0048] O aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 podem ser mantidos na posição superior de primeira coluna mostrada na Figura 8 por qualquer período de tempo desejado, dependendo do tipo de processamento de amostra sendo implementado. O aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 podem então ser indexados para uma posição de segunda coluna no modo seguinte. Primeiro, o aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 são abaixados, como apresentado por uma seta descendente na Figura 8, da posição superior de primeira coluna mostrada na Figura 8 para a posição inferior de primeira coluna mostrada na Figura 9. O aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 são abaixados transladando o segundo estágio 192 para abaixo como acima descrito. Na posição inferior de primeira coluna, os ímãs 126 estão ainda alinhados com a primeira coluna C1 e os elementos de aquecedor 184 estão ainda localizados fora da pegada da rede de contentores de amostra 336, mas os elementos de aquecedor 184 e os ímãs 126 estão agora posicionados remotamente dos contentores de amostra 336.
[0049] A seguir, com o aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 ainda na posição inferior de primeira coluna, o aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 são transladados um passo para frente, como apresentado por uma seta para a direita na Figura 8, da posição inferior de primeira coluna para a posição inferior de segunda coluna mostrada na Figura 10. Na posição inferior de segunda coluna, os ímãs 126 estão alinhados com (mas remotamente espaçados da) segunda coluna C2 e os elementos de aquecedor 184 estão alinhados com (mas remotamente espaçados da) primeira coluna C1. O aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 são transladados um passo para frente transladando o primeiro estágio 188 para a frente como acima descrito.
[0050] A seguir, com o aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 ainda na posição inferior de segunda coluna, o aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 são levantados (ver seta ascendente na Figura 8) da posição inferior de segunda coluna para a posição superior de segunda coluna mostrada na Figura 11. O aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 são levantados transladando o segundo estágio 192 para cima como acima descrito. Na posição superior de segunda coluna, se o aquecedor 104 estiver LIGADO, as amostras contidas nos contentores de amostra 336 da primeira coluna C1 são expostas à energia térmica emitida dos elementos de aquecedor 184. Também na posição superior de segunda coluna, as amostras contidas nos contentores de amostra 336 da segunda coluna C2 são imersos nos respectivos campos magnéticos gerados pelos ímãs 126, ou pelo menos nas fortes regiões dos campos magnéticos. Por esta configuração, os campos magnéticos e a energia térmica podem ser sequencialmente aplicados na primeira coluna C1, e subsequentemente a cada sucessiva coluna na rede de contentores de amostra 336.
[0051] O aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 podem ser mantidos na posição superior de segunda coluna mostrada na Figura 11 por qualquer período de tempo desejado, dependendo do tipo de processamento de amostra sendo implementado. O aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 podem então ser indexados para a próxima (terceira) posição de coluna, na qual os ímãs 126 são alinhados com a terceira coluna C3 e os elementos de aquecedor 184 são alinhados com a segunda coluna C2. Esta sequência de movimento, mostrada na Figuras 8-11 e ainda apresentada pelas setas na Figura 8, pode ser repetida até que todas as colunas de contentores de amostra 336 do suporte de amostra 300 tenham sido processadas, isto é, sujeitas aos campos magnéticos e à energia térmica. Em algumas modalidades, a última posição de coluna pode corresponder aos elementos de aquecedor 184 sendo alinhados com a última coluna C12 (décima segunda no presente exemplo), e os ímãs 126 estando localizados fora da pegada da rede de contentores de amostra 336 (sob a extremidade direita do suporte de amostra 300) e não em alinhamento com qualquer das colunas.
[0052] Com isto, o aparelho 100 permite que um campo magnético seja aplicado a uma pluralidade de amostras 5 (tal como na mesma coluna de contentores de amostra 336) simultaneamente, e subsequentemente energia térmica a ser aplicada ao mesmo conjunto de amostras simultaneamente. Além disso, o agitador 112 pode ser operado a qualquer momento como necessário para o método ser executado. Se necessário, o aquecedor 104 e o conjunto de ímãs 108 podem ser abaixados para a posição inferior para prover espaço para o agitador 112 operar. Assim, o aparelho 100 que permite uma ampla variedade de protocolos de processamento de amostra seja implementada utilizando uma combinação de aquecimento, agitação, e aplicação de campo magnético. O aparelho 100 integra todas as três operações de aquecimento, agitação, e aplicação de campo magnético em uma única estação, isto é, no aparelho 100. Assim, estações separadas convencionais respectivamente dedicadas para aquecimento, agitação, e aplicação de campo magnético não são requeridas. Esta configuração integrada reduz a pegada total do hardware requerido para executar o aquecimento, agitação, e aplicação de campo magnético. A configuração integrada também elimina a necessidade de transportar as amostras de uma estação para a outra, por meio disto aumentando o rendimento de processamento (reduzindo o tempo de processamento) e reduzindo o risco de contaminar as amostras.
[0053] Geralmente, o conjunto de montagem 108 pode ser utilizado para qualquer protocolo que implique a aplicação de um campo magnético a uma amostra.
Como um exemplo não limitante, o conjunto de ímãs 108 pode ser utilizado para separação de esferas magnéticas.
Em separação de esferas magnéticas, as esferas magnéticas são adicionadas à amostra para formar uma suspensão na qual as esferas magnéticas estão distribuídas através de toda a fase líquida da amostra.
O tamanho das esferas pode ser na ordem de nanômetros (por exemplo, até aproximadamente 1000 nm, ou 1 micrômetro (µm)), ou na ordem de micrômetros (por exemplo, de aproximadamente 1 µm a aproximadamente 1000 µm). As esferas podem ser compostas de sílica ou outro material adequado, como apreciado por pessoas versadas na técnica.
As esferas são tornadas magnéticas (responsivas a um campo magnético) sendo revestidas com óxido de ferro ou outro material magnético adequado.
O material magnético pode ser um material magnético permanente, ou pode ser um material que é permanentemente ou temporariamente magnetizado pelo campo magnético.
Para conveniência na presente divulgação, o termo "magnético" abrange todos tais materiais.
As esferas podem também ser funcionalizadas com sondas ou ligantes que têm uma composição que especificamente liga aos analitos da amostra (ou compostos de interesse alvo) desejados serem separados e isolados da amostra.
Os analitos podem ser compostos biológicos tais como ácidos nucleicos, os quais podem ser ácidos nucleicos hibridizados.
Alternativamente, os analitos podem ser compostos químicos.
Após as esferas magnéticas terem sido adicionadas a uma amostra, tal como em um dos conteúdos da amostra 336 do suporte de amostra 300, os analitos na amostra ligarão (serão capturados pelas) esferas magnéticas (ou a sondas ou ligantes das esferas magnéticas, dependendo da modalidade). O conjunto de ímãs 108 é então movido para a posição superior, na qual dos ímãs 126 está mais próximo do fundo do contentor de amostra correspondente 336, por meio disso imergindo a amostra no campo magnético gerado pelo ímã 126, como aqui descrito. Em resposta, as esferas magnéticas que contém analito são atraídas para o ímã 126 e com isso são puxadas para baixo para o fundo do contentor de amostras 336, por meio de que os analitos capturados são concentrados no fundo do contentor de amostra 336. Subsequentemente, a fase líquida da amostra pode ser removida por aspiração (por exemplo, pipetagem) e/ou evaporação. As partículas magnéticas podem então ser lavadas em um solvente adequado para liberar os analitos das partículas magnéticas. O solvente que contém os analitos pode então ser aspirado do contentor de amostras 336. Os analitos podem ser adicionalmente processados ou analisados conforme requerido pelo protocolo específico sendo implementado.
[0054] Geralmente, o aquecedor 104 pode ser utilizado por qualquer protocolo que implique aquecer uma amostra, tal como para regulação de temperatura ou programação de temperatura, ou para evaporar uma fase líquida volátil da amostra. Como um exemplo não limitante, um protocolo (por exemplo, em conjunto com separação baseada magnética) pode envolver adicionar um solvente volátil tal como um álcool (por exemplo, etanol, isopropanol, etc.) ao contentor de amostras 336. O aquecedor 104 pode ser utilizado para evaporar o solvente no contentor de amostras 336, tal como após as esferas magnéticas terem sido puxadas para baixo para o fundo do contentor de amostras 336.
[0055] Geralmente, o agitador 112 pode ser utilizado para qualquer protocolo que implique agitação ou movimentação de uma amostra. Como exemplo, a agitação da(s) amostra(s) em um ou mais contentores de amostra 336 pode ser implementada para mistura, homogeneização, melhoramento de reação química ou outra interação entre dois ou mais componentes da amostra, distribuição ou ressuspensão de esferas magnéticas na amostra, etc.
[0056] Como um exemplo, um método para processar amostras será agora descrito. O método pode ser executado utilizando o aparelho 100 que inclui o aquecedor 104, o conjunto de ímãs 108, e o agitador 112 como aqui descrito. Um suporte de amostra está provido. O suporte de amostra inclui uma pluralidade de contentores de amostra disposta como uma rede de uma pluralidade de colunas e uma pluralidade de filas. A pluralidade de colunas inclui pelo menos uma primeira coluna e uma segunda coluna adjacente à primeira coluna. A primeira coluna contém uma ou mais amostras em um ou mais respectivos contentores de amostra da primeira coluna, e a segunda coluna contém uma ou mais amostras em um ou mais respectivos contentores de amostra da segunda coluna. O suporte de amostra está montado em um estágio de amostra de modo que o suporte de amostra cubra uma abertura do estágio de amostra. A abertura tem uma área (tamanho) que permite os contentores de amostra serem expostos através da abertura. Uma pluralidade de ímãs é movida em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna. Campos magnéticos gerados pelos ímãs são aplicados nos contentores de amostra da primeira coluna para expor as uma ou mais amostras da primeira coluna a um ou mais dos campos magnéticos. A pluralidade de ímãs é movida em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da segunda coluna, enquanto o suporte de amostra permanece montado no estágio de amostra. Uma pluralidade de elementos de aquecedor é movida em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna. A energia térmica emitida dos elementos de aquecedor é aplicada nos contentores de amostra da primeira coluna para expor as uma ou mais amostras da primeira coluna à energia térmica.
[0057] A pluralidade de colunas inclui uma ou mais colunas adicionais. Os elementos de aquecedor e os ímãs podem ser sequencialmente movidos em uma base de coluna por coluna, e as etapas de aplicar campos magnéticos e aplicar energia térmica podem ser repetidas uma ou mais vezes, até que os campos magnéticos e a energia térmica tenham sido sucessivamente aplicados nos contentores de amostra da primeira coluna, da segunda coluna, e pelo menos uma das colunas adicionais.
[0058] O método pode também incluir agitar as amostras com a utilização do aparelho 100 aqui descrito. Por exemplo, as amostras podem ser agitadas entre uma ou mais iterações de aplicar campos magnéticos e aplicar energia térmica nas amostras.
[0059] Como outro exemplo, um método para processar amostras que contêm ácidos nucleicos tal como DNA será agora descrito. O método pode ser executado utilizando o aparelho 100 que inclui o aquecedor 104, o conjunto de ímãs 108, e o agitador 112 como aqui descrito. As etapas são como seguem: 1) Um tamponamento líquido que carrega DNA é aplicado em uma ou mais colunas de uma rede de contentores de amostra provida por um suporte de amostra, tal como poços de uma microplaca. 2) Esferas magnéticas são adicionadas aos contentores de amostra, e o agitador é ligado para obter uma mistura homogênea e permitir a ligação do DNA nas esferas magnéticas. 3) O agitador é desligado, e os ímãs são movidos para uma coluna dos contentores de amostra que contem DNA, por meio que as esferas magnéticas são puxadas para baixo pelos campos magnéticos para os fundos dos contentores de amostra. 4) Após todas as esferas magnéticas terem assentado nos fundos de contentor, o tamponador é aspirado dos contentores de amostra e descartado. 5) Etanol é então adicionado aos contentores de amostra como uma etapa de lavagem. 6) O agitador é religado para dispersar o etanol e as esferas magnéticas dentro dos contentores de amostra. 7) O agitador é desligado, e as esferas magnéticas são puxadas para baixo pelos ímãs. Na preparação para agitação da etapa 6, os ímãs podem ter sido movidos afastando dos contentores de amostra para prover espaço para a ação de agitação, em cujo caso os ímãs são movidos de volta para os contentores de amostra após o agitador ser desligado na etapa 7. 8) Após todas as esferas magnéticas terem assentado nos fundos de contentor, o etanol é aspirado dos contentores de amostra. 9) As etapas 5-8 são repetidas por um ou mais ciclos, por exemplo dois ciclos. 10) Os elementos de aquecedor são então movidos para a coluna e ativados para evaporar o etanol, e as esferas magnéticas são permitidas secar ao ar. 11) Um solvente adequado é aplicado dentro dos contentores de amostra, e consequentemente o DNA elui das esferas magnéticas. 12) Os ímãs (apropriadamente reposicionados se necessário) são então utilizados para fazer com que as esferas magnéticas assentem nos fundos de contentor. 13) O solvente, agora carregando o DNA, é aspirado dos contentores de amostra, permitindo que o DNA seja adicionalmente processado ou analisado, tal como por um instrumento separado do aparelho 100.
[0060] As etapas acima, podem ser repetidas para uma ou mais outras colunas da rede de contentores de amostra.
[0061] Referindo às Figuras 1 e 2, o aparelho 100 pode também inclui um controlador de sistema (por exemplo, um computador ou dispositivo de computação) 146. O controlador de sistema 146 pode esquematicamente representar um ou mais módulos (ou unidades, ou componentes) configurados para controlar, monitorar e/ou temporizar vários aspectos funcionais do aparelho 100 tal como, por exemplo, as operações do aquecedor 104, do conjunto de ímãs 108, do agitador 112, do primeiro estágio 188 (por exemplo, um motor acoplado no primeiro estágio 188, ou um controlador de motor que comunica com o motor), segundo estágio 192 (por exemplo, um motor acoplado no segundo estágio 192, ou um controlador de motor que comunica com o motor), um dispositivo de posicionamento inicial, etc.
Um ou mais módulos podem ser, ou podem estar incorporados em, por exemplo, uma estação de trabalho de computador ou computador desktop, ou um dispositivo de computação móvel tal como um computador laptop, computador portátil, computador tablet, computador manual, assistente digital pessoal (PDA), smartphone, etc.
O controlador de sistema 146 pode também estar configurado para prover e controlar uma interface de usuário que provê exibições de tela de objetos ou dados com os quais um usuário pode interagir, tal como mapas de suportes de amostras 300, campos para inserir dados e parâmetros de controle do aparelho 100, etc.
O controlador de sistema 146 pode incluir um ou mais dispositivos de leitura nos quais um meio legível por computador (legível por máquina) não transitório (tangível) pode ser carregado que inclui instruções para executar todo ou parte de qualquer dos métodos aqui descritos.
Para todos tais propósitos, o controlador de sistema 146 pode estar em comunicação de sinal com vários componentes do aparelho 100 através de conexões de comunicação com fio ou sem fio.
Também para estes propósitos, o controlador de sistema 146 pode incluir um ou mais tipos de hardware, firmware, outros tipos de eletrônicos, e/ou software, assim como uma ou mais memórias, bancos de dados, dispositivos de entrada de usuário e dispositivos de saída de usuário.
Exemplos de dispositivos de entrada de usuário incluem, mas não estão limitados a, um teclado, um teclado numérico, tela de toque, mouse, joystick, trackball, caneta de luz, outros dispositivos de apontar, microfone, etc. Exemplos de dispositivos de saída do usuário incluem, mas não estão limitados a, uma tela de display, impressora, indicadores visuais tais como lâmpadas ou diodos de emissão de luz (LEDs), indicadores audíveis tais como alto-falantes, etc.
[0062] Será compreendido que um ou mais dos processos, subprocessos e etapas de processo aqui descritos podem ser executados por hardware, firmware, outros tipos de eletrônicos, software, ou uma combinação de dois ou mais dos acima, em um ou mais dispositivos eletrônicos ou digitalmente controlados. O software pode residir em uma memória de software (não mostrada) em um componente ou sistema de processamento eletrônico adequado tal como, por exemplo, o controlador de sistema 146 esquematicamente apresentado na Figura 1. A memória do software pode incluir uma listagem ordenada de instruções executáveis não transitórias para implementar funções lógicas (isto é, "lógica" que pode ser implementada em forma digital tal como um circuito digital ou código de fonte, ou em forma analógica tal como uma fonte analógica tal como um sinal elétrico, de som, ou vídeo analógico). As instruções podem ser executadas dentro de um módulo de processamento, o qual inclui, por exemplo, um ou mais microprocessadores, processadores de uso geral, combinações de processadores, processadores de sinal digital (DSPs), circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), rede de portas programáveis no campo (FPGAs), etc. Ainda, os diagramas esquemáticos descrevem uma divisão lógica de funções que têm implementações físicas (hardware e/ou software) que não estão limitadas pela arquitetura ou o layout físico das funções. Os exemplos de sistemas aqui descritos podem ser implementados em uma variedade de configurações e operam como componentes de hardware/software em uma única unidade de hardware/software ou em unidades de hardware/software separadas.
[0063] As instruções executáveis podem ser implementadas como um produto de programa de computador que tem instruções armazenadas neste as quais, quando executadas por um módulo de processamento de um sistema eletrônico (por exemplo, o controlador de sistema 146 na Figura 1), direcionam o sistema eletrônico para executar as instruções. O produto de programa de computador pode ser incorporado seletivamente em qualquer meio de armazenamento legível por computador não transitório para utilização por ou em conexão com um sistema, aparelho ou dispositivo de execução de instruções, tal como um sistema baseado em computador eletrônico, sistema que contem processador, ou outro sistema que possa seletivamente buscar as instruções do sistema, aparelho ou dispositivo de execução de instruções e executar as instruções. No contexto desta descrição, um meio de armazenamento legível por computador é qualquer meio não transitório que pode armazenar o programa para utilização por ou em conexão com o sistema, aparelho, ou dispositivo de execução de instruções. O meio de armazenamento legível por computador não transitório pode seletivamente ser, por exemplo, um sistema, aparelho, ou dispositivo eletrônico, magnético, óptico, eletromagnético, infravermelho ou semicondutor. Uma lista não exaustiva de mais exemplos específicos de meios legíveis por computador não transitórios inclui: uma conexão elétrica que tem um ou mais fios (eletrônica); um disquete de computador portátil (magnético); uma memória de acesso randômico (eletrônica); uma memória somente leitura (eletrônica); uma memória somente de leitura programável apagável tal como, por exemplo, memória instantânea (eletrônica); uma memória de disco compacto tal como, por exemplo, CD-ROM, CD-R, CD-RW (óptica); e memória de disco versátil digital, isto é, DVD (óptica). Note que o meio de armazenamento legível por computador não transitório pode até ser papel ou outro meio adequado sobre o qual o programa é impresso, já que o programa pode ser eletronicamente capturado através de, por exemplo, escaneamento óptico do papel ou outro meio, então compilado, interpretado ou de outro modo processado em um modo adequado, se necessário, e então armazenado em uma memória do computador ou memória de máquina.
[0064] Também será compreendido que o termo "em comunicação de sinal" ou "em comunicação elétrica", como aqui utilizado, significa que dois ou mais sistemas, dispositivos, componentes, módulos, ou submódulos são capazes de comunicar uns com os outros através de sinais que percorrem algum tipo de percurso de sinal. Os sinais podem ser sinais de comunicação, potência, dados, ou energia, os quais podem comunicar informações, potência, ou energia de um primeiro sistema, dispositivo, componente, módulo, ou submódulo de um segundo sistema, dispositivo, componente, módulo, ou submódulo ao longo de um percurso de sinal entre um primeiro e segundo sistema, dispositivo, componente, módulo ou submódulo. Os percursos de sinal podem incluir conexões físicas, elétricas, magnéticas, eletromagnéticas, eletroquímicas, ópticas, com fio ou sem fio. Os percursos de sinal podem também incluir sistemas, dispositivos, componentes, módulos, ou submódulos adicionais entre o primeiro e segundo sistema, dispositivo, componente, módulo ou submódulo.
[0065] Mais geralmente, termos tais como "comunicar" e "em ... comunicação com" (por exemplo, um primeiro componente "comunica com" ou "está em comunicação com" um segundo componente) são utilizados aqui para indicar uma relação estrutural, funcional, mecânica, elétrica, de sinal, óptica, magnética, eletromagnética, iônica ou fluídica entre dois ou mais componentes ou elementos. Como tal, o fato que um componente é dito comunicar com um segundo componente não pretende excluir a possibilidade que componentes adicionais possam estar presentes entre, e/ou operativamente associados ou acoplados com o primeiro e segundo componentes.
[0066] Será compreendido que vários aspectos ou detalhes da invenção podem ser mudados sem se afastar do escopo da invenção. Mais ainda, a descrição acima é para o propósito de ilustração somente, e não para o propósito de limitação - a invenção sendo definida pelas reivindicações.

Claims (20)

REIVINDICAÇÕES
1. Aparelho de processamento de amostras, caracterizado pelo fato de que compreende: um estágio de amostra que tem uma abertura e configurado para suportar um suporte de amostra de modo que o suporte de amostra cubra a abertura; um primeiro estágio configurado para mover ao longo de um primeiro eixo geométrico; um segundo estágio configurado para mover alternadamente na direção e afastando da abertura ao longo de um segundo eixo geométrico ortogonal ao primeiro eixo geométrico, o segundo estágio acoplado no primeiro estágio em que o segundo estágio é móvel com o primeiro estágio ao longo do primeiro eixo geométrico; uma pluralidade de elementos de aquecedor disposta sobre o segundo estágio e linearmente posicionada ao longo de um terceiro eixo geométrico ortogonal ao primeiro eixo geométrico e o segundo eixo geométrico; e uma pluralidade de ímãs disposta sobre o segundo estágio e linearmente posicionada ao longo do terceiro eixo geométrico, em que: os ímãs estão posicionados adjacentes aos elementos de aquecedor de modo que cada ímã está espaçado de um respectivo dos elementos de aquecedor ao longo do primeiro eixo geométrico; o primeiro estágio está configurado para sequencialmente mover os elementos de aquecedor e os ímãs para uma pluralidade de posições de coluna ao longo do primeiro eixo geométrico, em que em cada posição de coluna, pelo menos os elementos de aquecedor ou os ímãs estão alinhados com uma coluna de contentores de amostra do suporte de amostra quando o suporte de amostra está montado no estágio de amostra, a coluna sendo disposta ao longo do terceiro eixo geométrico; e o segundo estágio está configurado para, em cada posição de coluna, mover os elementos de aquecedor e os ímãs entre uma posição superior na qual os elementos de aquecedor e os ímãs estão mais próximos do suporte de amostra quando o suporte de amostra está montado no estágio de amostra, e uma posição inferior na qual os elementos de aquecedor e os ímãs estão remotos do suporte de amostra.
2. Aparelho de processamento de amostras de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: os elementos de aquecedor estão espaçados uns dos outros por um passo de aquecedor para aquecedor; os ímãs estão espaçados uns dos outros por um passo de ímã para ímã igual ao passo de aquecedor para aquecedor; cada ímã está espaçado de um respectivo dos elementos de aquecedor ao longo do primeiro eixo geométrico por um passo de ímã para aquecedor igual ao passo de aquecedor para aquecedor; e em cada posição de coluna, o primeiro estágio está configurado para alinhar pelo menos os elementos de aquecedor ou os ímãs com respectivos contentores de amostra do suporte de amostra quando o suporte de amostra está montado no estágio de amostra.
3. Aparelho de processamento de amostras de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de posições de coluna compreende pelo menos uma posição de coluna na qual os elementos de aquecedor estão alinhados com uma primeira coluna de contentores de amostra do suporte de amostra quando o suporte de amostra está montado no estágio de amostra, e os ímãs estão simultaneamente alinhados com uma segunda coluna de contentores de amostra adjacente à primeira coluna.
4. Aparelho de processamento de amostras de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estágio de amostra está configurado para agitar o suporte de amostra quando o suporte de amostra está montado no estágio de amostra.
5. Aparelho de processamento de amostras de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o estágio de amostra compreende uma região de extremidade e uma região lateral parcialmente definindo a abertura, e ainda compreendendo um acoplamento de acionamento acoplado na região de extremidade e um acoplamento de guia acoplado na região lateral, em que o acoplamento de acionamento está configurado para induzir o movimento do acoplamento de guia e agitar o estágio de amostra.
6. Aparelho de processamento de amostras de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o estágio de amostra está configurado para agitar o suporte de amostra em um movimento orbital.
7. Aparelho de processamento de amostras de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na posição superior os elementos de aquecedor e os ímãs estão em ou se estendem através da abertura.
8. Método para processar amostras, caracterizado pelo fato de que compreende: prover um suporte de amostra que compreende uma pluralidade de contentores de amostra disposta como uma rede de uma pluralidade de colunas e uma pluralidade de filas, em que a pluralidade de colunas compreende pelo menos uma primeira coluna e uma segunda coluna adjacente à primeira coluna, a primeira coluna contém uma ou mais amostras em um ou mais respectivos contentores de amostra da primeira coluna, e a segunda coluna contém uma ou mais amostras em um ou mais respectivos contentores de amostra da segunda coluna; montar o suporte de amostra em um estágio de amostra de modo que o suporte de amostra cubra uma abertura do estágio de amostra, em que a abertura tem uma área que permite os contentores de amostra sejam expostos através da abertura; mover uma pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna; aplicar campos magnéticos gerados pelos ímãs nos contentores de amostra da primeira coluna para expor as uma ou mais amostras da primeira coluna a um ou mais dos campos magnéticos; mover a pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da segunda coluna, enquanto o suporte de amostra permanece montado no estágio de amostra; mover uma pluralidade de elementos de aquecedor em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna; e aplicar energia térmica que emite dos elementos de aquecedor para os contentores de amostra da primeira coluna para expor as uma ou mais amostras da primeira coluna à energia térmica.
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende aplicar os campos magnéticos para os contentores de amostra da segunda coluna.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende mover os elementos de aquecedor em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da segunda coluna, e aplicar energia térmica nos contentores de amostra da segunda coluna.
11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de colunas compreende uma ou mais colunas adicionais, e compreende ainda sequencialmente mover os elementos de aquecedor e os ímãs para uma ou mais das colunas adicionais, e repetir as etapas de aplicar campos magnéticos e aplicar energia térmica uma ou mais vezes, até que os campos magnéticos e a energia térmica tenham sido sucessivamente aplicados nos contentores de amostra da primeira coluna, da segunda coluna, e pelo menos uma das colunas adicionais.
12. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das amostras compreende um líquido e uma pluralidade de esferas magnéticas adicionadas ao líquido, e que a aplicação do campo magnético no contentor de amostras que contém a pelo menos uma amostra puxa as esferas magnéticas para um fundo do contentor de amostras.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma amostra compreende uma pluralidade de compostos alvo que ligam nas esferas magnéticas após as esferas magnéticas serem adicionadas ao líquido, e aplicar o campo magnético no contentor de amostras que contém a pelo menos uma amostra concentra os compostos alvo no fundo do contentor de amostras.
14. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das amostras compreende um líquido, e aplicar a energia térmica no contentor de amostras que contém a pelo menos uma amostra evapora o líquido.
15. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende agitar o estágio de amostra para agitar as amostras.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende agitar o estágio de amostra durante um período de tempo selecionado do grupo que consiste em: antes de aplicar os campos magnéticos nos contentores de amostra da primeira coluna; após aplicar os campos magnéticos nos contentores de amostra da primeira coluna, e antes de aplicar energia térmica nos contentores de amostra da primeira coluna; e ambos os acima.
17. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o número de contentores de amostra providos em cada coluna é igual a um número selecionado do grupo que consiste em: o número de ímãs; o número de elementos de aquecedor; e ambos os acima.
18. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a movimentação da pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da segunda coluna, e a movimentação da pluralidade de elementos de aquecedor em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna, acontecem simultaneamente.
19. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: as colunas são adjacentes umas às outras ao longo de um primeiro eixo geométrico; os elementos de aquecedor e os ímãs estão montados em estágio de aquecedor/ímã; a movimentação de uma pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna, e a movimentação da pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da segunda coluna, são executados movendo o estágio de aquecedor/ímã ao longo do primeiro eixo geométrico de uma posição de primeira coluna para uma posição de segunda coluna.
20. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: as colunas são adjacentes umas às outras ao longo de um primeiro eixo geométrico; os elementos de aquecedor e os ímãs estão montados em um sistema de estágio que compreende um primeiro estágio configurado para mover ao longo de um primeiro eixo geométrico e um segundo estágio configurado para mover ao longo de um segundo eixo geométrico ortogonal ao primeiro eixo geométrico, em que o segundo estágio está acoplado no primeiro estágio de modo que o segundo estágio é móvel com o primeiro estágio ao longo do primeiro eixo geométrico, e os elementos de aquecedor e os ímãs estão posicionados sobre o segundo estágio; a movimentação da pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna compreende mover o segundo estágio ao longo do segundo eixo geométrico na direção do suporte de amostra; a movimentação da pluralidade de ímãs em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da segunda coluna, e a movimentação da pluralidade de elementos de aquecedor em proximidade com os fundos dos contentores de amostra da primeira coluna, compreende: mover o segundo estágio ao longo do segundo eixo geométrico afastando do suporte de amostra; mover o primeiro estágio ao longo do primeiro eixo geométrico de uma posição de primeira coluna para uma posição de segunda coluna; enquanto na posição de segunda coluna, mover o segundo estágio ao longo do segundo eixo geométrico na direção do suporte de amostra.
BR112020002044-3A 2017-08-03 2018-06-01 Aparelho de processamento de amostras e método para processar amostras BR112020002044B1 (pt)

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