BR112021001767A2 - dispositivo de amplificação de ácido nucleico que tem uma pluralidade de blocos de aquecimento - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO DE AMPLIFICAÇÃO DE ÁCIDO NUCLEICO QUE TEM UMA PLURALIDADE DE BLOCOS DE AQUECIMENTO. Um aspecto da presente invenção fornece um dispositivo de amplificação de ácido nucleico. O dispositivo pode incluir uma pluralidade de blocos de aquecimento dispostos para serem espaçados; um chip de reação em cadeia da polimerase (PCR) incluindo uma porção de entrada na qual uma amostra de solução é injetada, uma câmara de reação em que a PCR da amostra de solução é realizada e uma porção de saída através da qual a amostra de solução é descarregada, em que o chip de PCR entra em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento, em que a PCR da amostra de solução é realizada; um suporte de chip no qual o chip de PCR é montado e que move o chip de PCR para permitir que o chip de PCR entre em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento; e uma porção de acionamento configurada para mover o suporte de chip e para guiar uma direção de movimento do suporte de chip.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “DISPOSITIVO DE AMPLIFICAÇÃO DE ÁCIDO NUCLEICO QUE TEM UMA PLURALIDADE DE BLOCOS DE AQUECIMENTO” Campo técnico
[001] Este pedido reivindica a prioridade e o benefício do Pedido de Patente Coreana nº 10-2018-0090065, depositado em 1 de agosto de 2018, cuja divulgação é incorporada neste documento por referência em sua totalidade. A presente invenção refere-se a um dispositivo de amplificação de ácido nucleico que inclui uma pluralidade de blocos de aquecimento e que tem eficiência de calor melhorada.
Técnica Anterior
[002] A reação em cadeia da polimerase (PCR) é um método no qual uma série de cópias de uma parte do ácido nucleico, que tem uma sequência nucleica particular, é feita por aquecimento e resfriamento repetitivos de uma amostra de solução, incluindo o ácido nucleico, de modo a amplificar exponencialmente o ácido nucleico que tem a parte da sequência nucleica particular e que é amplamente usado para análise e diagnóstico nas áreas das ciências da vida, engenharia genética, medicina e semelhantes.
[003] Recentemente, uma variedade de dispositivos de PCR configurados para realizar a PCR foram desenvolvidos.
Como um exemplo, em um dispositivo de PCR, um recipiente que inclui uma amostra de solução que inclui ácido nucleico é montado em uma câmara de reação e a PCR é realizada por aquecimento e resfriamento repetitivos do recipiente. No entanto, uma vez que o dispositivo de PCR de acordo com o exemplo inclui uma câmara de reação, uma estrutura inteira não é complicada, mas um circuito complicado para controlar precisamente a temperatura é necessário. Além disso, o tempo inteiro de uma PCR inteira necessariamente aumenta devido ao aquecimento e ao resfriamento repetitivos de uma câmara de reação. Além disso, em um dispositivo de PCR de acordo com um outro exemplo, uma pluralidade de câmaras de reação a uma temperatura para PCR é instalada e permite-se que uma amostra de solução que inclui ácido nucleico flua através de um canal que passa através das câmaras de reação de modo a realizar a PCR.
[004] No entanto, uma vez que o dispositivo de PCR de acordo com outro exemplo usa a pluralidade de câmaras de reação, um circuito complicado para controlar precisamente uma temperatura é desnecessário, mas um longo caminho de fluxo que passe pelas câmaras de reação em uma temperatura alta e em uma temperatura baixa é absolutamente necessário, de tal modo que uma estrutura inteira é inevitavelmente complicada. Além disso, é necessário um controlador adicional configurado para controlar uma velocidade de fluxo da amostra de solução que inclui o ácido nucleico que flui através do canal que passa através das câmaras de reação.
[005] Consequentemente, é necessário fornecer um dispositivo de PCR com uma estrutura geral simples que minimize o tempo geral de PCR e obtenha um rendimento de PCR confiável.
[Divulgação] [Problema técnico]
[006] A presente invenção refere-se ao fornecimento de um dispositivo de amplificação de ácido nucleico no qual a mobilidade de um chip de reação em cadeia da polimerase (PCR) entre blocos de aquecimento é melhorada.
[007] Deve-se notar que os objetos da presente invenção não estão limitados aos objetos acima descritos e que outros objetos da presente invenção ficarão evidentes para especialistas na técnica a partir das seguintes descrições.
[Solução Técnica]
[008] Um aspecto da presente invenção fornece um dispositivo de amplificação de ácido nucleico. O dispositivo pode incluir uma pluralidade de blocos de aquecimento dispostos para serem espaçados; um chip de reação em cadeia da polimerase (PCR) incluindo uma porção de entrada na qual uma amostra de solução é injetada, uma câmara de reação em que a PCR da amostra de solução é realizada e uma porção de saída através da qual a amostra de solução é descarregada,
em que o chip de PCR entra em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento, em que a PCR da amostra de solução é realizada; um suporte de chip no qual o chip de PCR é montado e que move o chip de PCR para permitir que o chip de PCR entre em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento; e uma porção de acionamento configurada para mover o suporte de chip e para guiar uma direção de movimento do suporte de chip.
[009] Especificamente, o suporte de chip pode incluir uma primeira placa que se move horizontalmente entre a pluralidade de blocos de aquecimento, uma segunda placa à qual o chip de PCR está acoplado de forma removível e uma porção de conexão elástica configurada para conectar a primeira placa à segunda placa em uma direção vertical. Além disso, a porção de conexão elástica pode gerar uma força elástica em direção à segunda placa para permitir que a segunda placa entre em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento enquanto se move em uma direção vertical.
[0010] Além disso, especificamente, a porção de acionamento pode incluir uma porção de operação configurada para mover horizontalmente a primeira placa e uma porção de guia configurada para fornecer um caminho no qual a segunda placa se move verticalmente.
[0011] Além disso, especificamente, a porção de guia pode ser configurada como um espaço rebaixado no qual um membro de conexão da segunda placa é inserido e o membro de conexão pode entrar em contato com uma superfície inferior do espaço rebaixado. Aqui, a superfície inferior pode ser formada para ser gradualmente dobrada para baixo em direção aos blocos de aquecimento.
[0012] Além disso, especificamente, a superfície inferior do espaço rebaixado da porção de guia que é adjacente aos blocos de aquecimento pode estar localizada abaixo do bloco de aquecimento de modo que a porção de conexão elástica possa pressurizar a segunda placa para baixo contra os blocos de aquecimento.
[0013] Além disso, especificamente, o dispositivo de amplificação de ácido nucleico pode incluir adicionalmente um estojo de chip de PCR que acomoda o chip de PCR no mesmo e que é inserido na segunda placa. Aqui, o estojo de chip de PCR pode incluir uma placa superior e uma placa inferior que são acopláveis, regiões abertas que correspondem à câmara de reação do chip de PCR podem ser formadas na placa superior e na placa inferior, e um espaço de acomodação no qual o chip de PCR é montado pode ser formado em uma superfície interna de pelo menos uma dentre a placa superior e a placa inferior.
[0014] Além disso, especificamente, o dispositivo de amplificação de ácido nucleico pode incluir adicionalmente uma porção de vedação macia configurada para vedar a porção de entrada e a porção de saída.
[0015] Quando o chip de PCR ao qual a porção de vedação é acoplada é acomodado no estojo de chip de PCR, o estojo do chip de PCR pode pressurizar o chip de PCR através da porção de vedação de modo a evitar a deformação do chip de PCR ocasionada pela tensão gerada quando o chip de PCR entra em contato com os blocos de aquecimento.
[0016] Além disso, especificamente, o dispositivo de amplificação de ácido nucleico pode incluir adicionalmente uma fonte de luz disposta entre a pluralidade de blocos de aquecimento e configurada para emitir luz em direção ao chip de PCR e uma porção de detecção disposta para ficar em frente à fonte de luz e configurada para detectar a luz emitida da fonte de luz.
[0017] Além disso, especificamente, o dispositivo de amplificação de ácido nucleico pode incluir adicionalmente uma pluralidade de filtros de luz dispostos sobre a fonte de luz e configurados para remover raios de luz em diferentes bandas de comprimentos de onda da luz emitida pela fonte de luz; e uma porção de acionamento de filtro configurada para mover horizontalmente a pluralidade de filtros de luz e localizar um dentre a pluralidade de filtros de luz na fonte de luz.
[0018] Além disso, especificamente, a pluralidade de blocos de aquecimento pode incluir um primeiro bloco de aquecimento e um segundo bloco de aquecimento. Aqui, o primeiro bloco de aquecimento é implantado para manter uma temperatura de uma etapa de desnaturação da PCR ou para manter uma temperatura das etapas de recozimento e de extensão da PCR. O segundo bloco de aquecimento pode ser implantado para manter a temperatura das etapas de recozimento e de extensão da PCR ou manter a temperatura da etapa de desnaturação da PCR. Além disso, o primeiro bloco de aquecimento e o segundo bloco de aquecimento podem ser implantados para manter as temperaturas de diferentes etapas.
[0019] Além disso, especificamente, a temperatura da etapa de desnaturação pode ser de 90ºC a 100ºC, e a temperatura das etapas de recozimento e de extensão pode ser de 45ºC a 75ºC.
[Efeitos Vantajosos]
[0020] De acordo com a presente invenção, um dispositivo de reação em cadeia da polimerase (PCR) incluindo dois blocos de aquecimento pode ser fornecido para realizar eficientemente a reação de amplificação de ácido nucleico.
[0021] Além disso, de acordo com a presente invenção, sem uma força externa aplicada separadamente por uma porção de acionamento, um suporte de chip pode mover um chip de PCR em uma direção vertical. Consequentemente, apenas devido a uma operação da porção de acionamento que move o suporte de chip em uma direção horizontal, o chip de PCR pode entrar em contato com ou ser separado dos blocos de aquecimento de modo a realizar PCR.
[0022] Além disso, de acordo com a presente invenção, uma vez que o movimento horizontal e o movimento vertical são aplicados ao chip de PCR ao mesmo tempo, é possível realizar o contato térmico e a separação do chip de PCR de forma mais natural e rápida.
[Descrição dos Desenhos]
[0023] Uma breve descrição dos desenhos será fornecida para compreender mais completamente os desenhos aos quais se refere na descrição detalhada da presente invenção.
[0024] As FIGs. 1a e 1b ilustram um dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0025] A FIG. 2 ilustra um suporte de chip do dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0026] As FIGs. 3a e 3b ilustram uma porção de guia do dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0027] A FIG. 4 ilustra uma operação do dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0028] As FIGs. 5a e 5b ilustram um dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0029] As FIGs. 6 e 7 ilustram um pacote de chips de reação em cadeia da polimerase (PCR) de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[Modos da Invenção]
[0030] Daqui em diante, as modalidades da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos anexos.
Apesar de serem dados números de referência aos componentes de cada desenho, deve-se notar que, embora mostrados em desenhos diferentes, componentes semelhantes terão números de referência semelhantes, se possível. Além disso, em uma descrição das modalidades da presente invenção, uma descrição detalhada de componentes ou funções bem conhecidos da técnica relacionada será omitida quando se considerar que obscurece a compreensão das modalidades da presente invenção. Além disso, embora as modalidades da presente invenção sejam descritas abaixo, o conceito técnico da presente invenção não está limitado ou restrito ao mesmo e uma variedade de modificações podem ser feitas por um especialista na técnica. Entretanto, as direções vertical e lateral que serão descritas abaixo baseiam-se nos desenhos por conveniência e o âmbito da presente invenção não se limita às direções correspondentes.
[0031] Ao longo do relatório descritivo, quando uma parte é declarada como estando "conectada" a uma outra parte, a parte não está apenas "diretamente conectada", mas também "indiretamente conectada" ao outro componente com um outro dispositivo entre os mesmos. Ao longo do relatório descritivo, quando uma porção é declarada como "incluindo"/"que inclui" um componente, a menos que definido de outra forma, isto significa que a porção pode não excluir um outro componente, mas que pode incluir adicionalmente um outro componente. Além disso, ao descreverem os componentes das modalidades da presente invenção, termos como primeiro, segundo, A, B, (a), (b) e semelhantes podem ser usados.
Esses termos são meramente para distinguir um elemento de outro e a essência, ordem, sequência e similares dos elementos correspondentes não são limitados pelos termos.
[0032] A FIG. 1 ilustra um dispositivo de amplificação de ácido nucleico que inclui uma pluralidade de blocos de aquecimento de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0033] Um dispositivo de amplificação de ácido nucleico 100 é um dispositivo a ser usado para a reação em cadeia da polimerase (PCR) de amplificação de ácido nucleico que tem uma sequência nucleica particular. Por exemplo, o dispositivo 100 pode amplificar exponencialmente o ácido desoxirribonucleico (DNA) que tem uma sequência nucleica particular por meio da execução repetitiva de um processo, por exemplo, de vinte vezes a quarenta vezes que inclui uma etapa de desnaturação de aquecimento de uma amostra de solução que inclui DNA de fita dupla em um temperatura particular, por exemplo, de cerca de 95ºC para separar o DNA de fita dupla em DNA de fita simples, uma etapa de recozimento para fornecer um iniciador de oligonucleotídeo que tem uma sequência complementar a uma sequência nucleica particular a ser amplificada para a amostra de solução, resfriar com o DNA de fita simples separado a uma temperatura particular, por exemplo, 55ºC, e acoplar o iniciador à sequência nucleica particular do DNA de fita simples de modo a formar um composto com o iniciador de DNA parcial e uma etapa de extensão (ou amplificação) para manter, após a etapa de recozimento, a amostra de solução a uma temperatura adequada , por exemplo, de 72ºC, de modo a formar DNA de cadeia dupla com base no iniciador do composto parcial com o iniciador de DNA usando-se DNA polimerase.
[0034] Em detalhes, um dispositivo 1000 pode incluir uma pluralidade de blocos de aquecimento 110 e 120 dispostos para serem espaçados no mesmo plano, um chip de reação em cadeia da polimerase (PCR) 400 no qual uma PCR de uma amostra de solução é realizada, um suporte de chip 200 configurado para mover o chip de PCR 400 para entrar em contato com a pluralidade de blocos de aquecimento 110 e 120 sequencialmente, uma porção de acionamento 300 configurada para mover o suporte de chip 200 e o chip de PCR 400.
[0035] Os blocos de aquecimento 110 e 120 podem incluir um primeiro bloco de aquecimento 110 e um segundo bloco de aquecimento 120. Os primeiros blocos de aquecimento 110 e os segundos blocos de aquecimento 120 são configurados para manter as temperaturas para a etapa de desnaturação, para a etapa de recozimento e para etapa de extensão (amplificação) para amplificar o ácido nucleico. Os primeiros blocos de aquecimento 110 e os segundos blocos de aquecimento 120 podem incluir uma variedade de módulos configurados para fornecer e manter as temperaturas necessárias para as respectivas etapas ou podem ser conectados de maneira dirigível aos módulos.
[0036] Quando o chip de PCR 400 ou o suporte de chip 200 no qual o chip de PCR está montado entra em contato com uma superfície de cada um dos blocos de aquecimento 110 e 120, os primeiros blocos de aquecimento 110 e os segundos blocos de aquecimento 120 podem aquecer uma superfície de contato geral do chip de PCR 400 e manter uma temperatura da mesma de modo a aquecer uniformemente a amostra de solução no chip de PCR 400 e manter uma temperatura da mesma. Em comparação com um dispositivo que usa um único bloco de aquecimento convencional em que uma taxa de mudança de temperatura está dentro de uma faixa de 3 a 7ºC por segundo,
na presente invenção, uma vez que uma taxa de mudança de temperatura em cada um dos blocos de aquecimento está dentro de uma faixa de 20 a 40ºC por segundo, é possível reduzir significativamente o tempo da PCR.
[0037] O primeiro bloco de aquecimento 110 e o segundo bloco de aquecimento 120 podem incluir fios de aquecimento (não mostrados) nos mesmos. Os fios de aquecimento podem ser conectados de forma acionável a uma variedade de fontes de calor para manter uma temperatura para realizar uma etapa de recozimento e uma etapa de extensão (ou amplificação) e ser conectados de forma acionável a uma variedade de sensores de temperatura configurados para monitorar as temperaturas dos fios de aquecimento. Os fios de aquecimento podem estar dispostos para serem simétricos em uma direção vertical e/ou lateral com base em um ponto central de cada superfície do bloco de aquecimento para manter uniformemente as temperaturas internas globais do primeiro bloco de aquecimento 110 e do segundo bloco de aquecimento 120. Uma variedade de arranjos de fios de aquecimento simétricos na direção vertical e/ou lateral pode ser fornecida. Além disso, o primeiro bloco de aquecimento 110 e o segundo bloco de aquecimento 120 podem incluir aquecedores de película fina (não mostrados) nos mesmos. Os aquecedores de película fina podem estar dispostos para serem espaçados a certos intervalos na direção vertical e/ou lateral com base no ponto central de cada superfície dos blocos de aquecimento para uniformemente manter as temperaturas internas globais do bloco de aquecimento principal 110 e do bloco de aquecimento auxiliar 120. Uma variedade de arranjos uniformes de aquecedores de película fina na direção vertical e/ou lateral pode ser fornecida.
[0038] Para distribuir ou transferir calor rapidamente para a mesma área, o primeiro bloco de aquecimento 110 e o segundo bloco de aquecimento 120 podem incluir um material metálico, por exemplo, um material de alumínio, ou podem ser formados de um material de alumínio, mas que não está limitado ao mesmo.
[0039] Os primeiros blocos de aquecimento 110 podem ser implantados para manter uma temperatura adequada para realizar a etapa de desnaturação ou as etapas de recozimento e de extensão (ou amplificação). Por exemplo, os primeiros blocos de aquecimento 110 podem manter uma temperatura de 45ºC a 100ºC. Quando os primeiros blocos de aquecimento 110 realizam a etapa de desnaturação, uma temperatura de 90ºC a 100ºC pode ser mantida. Por outro lado, quando os primeiros blocos de aquecimento 110 realizam as etapas de recozimento e de extensão (ou amplificação), uma temperatura de 45ºC a 75ºC pode ser mantida.
[0040] Da mesma maneira, os primeiros blocos de aquecimento 120 podem ser implantados para manter uma temperatura adequada para realizar a etapa de desnaturação ou as etapas de recozimento e de extensão (ou amplificação).
[0041] Por exemplo, os segundos blocos de aquecimento 120 podem manter uma temperatura de 45ºC a 100ºC. Quando os segundos blocos de aquecimento 120 realizam a etapa de desnaturação, uma temperatura de 90ºC a 100ºC pode ser mantida. Por outro lado, quando os segundos blocos de aquecimento 120 realizam as etapas de recozimento e de extensão (ou amplificação), uma temperatura de 45ºC a 75ºC pode ser mantida.
[0042] As temperaturas nas quais os primeiros blocos de aquecimento 110 e os segundos blocos de aquecimento 120 podem realizar a etapa de desnaturação e as etapas de recozimento e de extensão (ou amplificação) não são limitadas às mesmas.
No entanto, o primeiro bloco de aquecimento e o segundo bloco de aquecimento podem ser implantados para manter as temperaturas para realizar diferentes etapas.
[0043] Os primeiros blocos de aquecimento 110 e os segundos blocos de aquecimento 120 podem estar dispostos para serem espaçados em distâncias predeterminadas de modo a evitar a troca de calor mútua entre eles.
Consequentemente, uma vez que a troca de calor não ocorre entre os primeiros blocos de aquecimento 110 e os segundos blocos de aquecimento 120, é possível controlar com precisão as temperaturas da etapa de desnaturação e as etapas de emparelhamento e de extensão (ou amplificação) em uma reação de amplificação de ácido nucleico que recebe uma influência significativa de uma mudança mínima de temperatura.
[0044] O suporte de chip 200 pode fornecer um espaço no qual o chip de PCR 400 está montado de forma estável e pode transferir o movimento causado pela porção de acionamento para o chip de PCR 400. Uma parede interna do suporte de chip 200 pode ter uma forma e uma estrutura para ser montada fixamente na parede externa do chip de PCR 400 para evitar que o chip de PCR 400 seja separado do suporte de chip 200 quando a reação de amplificação de ácido nucleico é realizada.
[0045] A porção de acionamento 300 pode incluir todos os meios configurados para permitir que o suporte de chip 200, no qual o chip de PCR 400 está montado, seja móvel acima do primeiro bloco de aquecimento 110 e do segundo bloco de aquecimento 120. A porção de acionamento 300 pode incluir uma porção de operação que inclui um trilho que se estende em uma direção horizontal e um membro do motor configurado para mover o suporte de chip 200 usando-se o trilho. Devido ao movimento horizontal da porção de acionamento 300, o suporte de chip 200 no qual o chip de PCR 400 está montado pode reciprocar entre o primeiro bloco de aquecimento 110 e o segundo bloco de aquecimento 120.
[0046] Além disso, com ou sem o movimento horizontal da porção de acionamento 300, o suporte de chip 200 pode permitir que cada um dos blocos de aquecimento 110 e 120 entre em contato com ou seja separado do chip de PCR 400 que move verticalmente o chip de PCR 400. Para este fim, a porção de acionamento 300 pode incluir uma porção de guia 310 para movimento vertical do suporte de chip 200.
[0047] O chip de PCR 400 pode entrar em contato com uma superfície de cada um dos primeiros blocos de aquecimento 110 e dos segundos blocos de aquecimento 120 e pode incluir uma amostra de solução que inclui ácido nucleico, por exemplo, DNA de fita dupla, iniciador de oligonucleotídeo que tem uma sequência nucleica complementar a uma sequência nucleica particular a ser amplificada, DNA polimerase, desoxirribonucleotídeos trifosfatados (dNTP) e um tampão de PCR. O chip de PCR 400 pode incluir uma porção de entrada na qual a amostra de solução é injetada, uma câmara de reação (ou canal) na qual a reação de amplificação de ácido nucleico da amostra de solução é realizada e uma porção de saída configurada para descarregar a amostra de solução na qual o a reação de amplificação do ácido nucleico está completamente realizada. Quando o chip de PCR 400 entra em contato com os primeiros blocos de aquecimento 110 ou com os segundos blocos de aquecimento 120, o calor dos primeiros blocos de aquecimento 110 ou dos segundos blocos de aquecimento 120 pode ser transferido para o chip de PCR 400 e a amostra de solução incluída na câmara (ou canal) de reação do chip de PCR 400 pode ser aquecida e uma temperatura da mesma pode ser mantida. Além disso, o chip de PCR 400 pode ter uma forma geral de painel plano, mas não está limitado a ele.
Além disso, uma parede externa do chip de PCR 400 pode ter uma forma e uma estrutura a ser montada fixamente em um espaço interno do suporte de chip 200 para evitar que o chip de PCR 400 seja separado do suporte de chip 200 quando a reação de amplificação de ácido nucleico é realizada.
[0048] Em primeiro lugar, o dispositivo 1000 pode introduzir uma amostra de solução que inclui ácido nucleico, por exemplo, ácido desoxirribonucleico de fita dupla (DNA), um iniciador de oligonucleotídeo que tem uma sequência nucleica que é complementar a uma sequência nucleica particular a ser amplificada, DNA polimerase, desoxirribonucleotídeos trifosfatados (DNTP) e um tampão de PCR para o chip de PCR 400 e pode montar o chip de PCR 400 no suporte de chip 200.
[0049] Subsequente ou simultaneamente, uma etapa de aquecimento e manutenção do primeiro bloco de aquecimento 110 a uma temperatura para desnaturação, por exemplo, de 90ºC a 100ºC e, preferencialmente, a uma temperatura de 95ºC, pode ser realizada. Uma etapa de aquecimento e manutenção do segundo bloco de aquecimento 120 a uma temperatura para uma etapa de recozimento e de extensão (ou amplificação),
por exemplo, de 45ºC a 75ºC, pode ser realizada.
[0050] O suporte de chip 200 pode ser movido em direção ao primeiro bloco de aquecimento 110 usando-se a porção de acionamento 300 e o chip de PCR 400 pode entrar em contato com o primeiro bloco de aquecimento 110 de modo a realizar uma primeira etapa de desnaturação de PCR.
[0051] Subsequentemente, a primeira etapa de desnaturação de PCR pode ser concluída movendo-se o suporte de chip 200 em direção ao segundo bloco de aquecimento 120 usando-se a porção de acionamento 300 e separando-se o chip de PCR 400 do primeiro bloco de aquecimento 110, e o chip de PCR 400 pode entrar em contato com o segundo bloco de aquecimento 120 de modo a realizar uma primeira etapa de recozimento e de extensão (ou amplificação) de PCR.
[0052] Finalmente, a primeira etapa de recozimento e de extensão (ou amplificação) de PCR pode ser concluída separando-se o suporte de chip 200 do segundo bloco de aquecimento 120 usando-se a porção de acionamento 300 de modo a terminar uma primeira circulação de PCR. Uma pluralidade de tais PCRs pode ser realizada.
[0053] Aqui, quando a porção de acionamento 300 move o suporte de chip 200 em direção ao primeiro bloco de aquecimento 110 ou ao segundo bloco de aquecimento 120, o suporte de chip 200 pode mover o chip de PCR 400 para baixo de modo a permitir que cada um dos blocos de aquecimento 110 e 120 entre em contato com o chip de PCR 400. Por outro lado, quando o suporte de chip 200 é movido do primeiro bloco de aquecimento 110 ou do segundo bloco de aquecimento 120 em direção a um centro, o suporte de chip 200 pode mover o chip de PCR 400 para cima de modo a separar o chip de PCR 400 de cada um os blocos de aquecimento.
[0054] Isto é, na presente invenção, uma vez que o suporte de chip 200 pode mover o chip de PCR 400 em uma direção vertical, é desnecessário que a porção de acionamento 300 mova o chip de PCR 400 e/ou o suporte de chip 200 na direção vertical para prender ou desprender o chip de PCR 400 ao ou do bloco de aquecimento. Consequentemente, o chip de PCR 400 pode entrar em contato com ou ser separado do bloco de aquecimento 110 ou 120 facilmente meramente devido a uma operação de mover, pela porção de acionamento 300, o suporte de chip 200 em uma direção horizontal de modo a realizar a PCR.
[0055] Além disso, na presente invenção, uma vez que o movimento horizontal e o movimento vertical não são sequencialmente/separadamente realizados no chip de PCR 400, mas realizados simultaneamente, o contato térmico e a separação do chip de PCR 400 podem ser realizados de forma mais natural e rápida.
[0056] Embora o chip de PCR 400 seja mostrado na FIG.
1 como sendo montado no suporte de chip 200, este é apenas um exemplo e um pacote de chips de PCR, que será descrito abaixo, pode ser montado no suporte de chip 200 de acordo com uma modalidade. Embora o chip de PCR 400 seja mostrado nas FIGS. 1 e 2 a 7 como estando disposto no suporte de chip 200 por conveniência, isto inclui o chip de PCR 400 ser descartado separadamente ou estar disposto no pacote de chips de PCR.
[0057] A FIG. 2 ilustra um suporte de chip do dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0058] O suporte de chip 200 pode incluir uma primeira placa 210, uma segunda placa 230 e uma porção de conexão elástica 250.
[0059] A primeira placa 210 pode ter uma forma de painel plano e ser conectada à porção de acionamento 300 usando-se um primeiro membro de conexão 212 e ser movida pela porção de acionamento 300 em uma direção horizontal.
[0060] A segunda placa 230 pode ser conectada à primeira placa 210 em uma direção vertical e fornecer um espaço abaixo da mesma no qual o chip de PCR 400 é montado. Em detalhes, a segunda placa 230 inclui porções dobradas formadas para dentro em ambas as extremidades de modo a permitir que o chip de PCR 400 ou o pacote de chips de PCR sejam acoplados de forma deslizável aos mesmos.
[0061] Além disso, a segunda placa 230 pode ser conectada à porção de acionamento 300, mais particularmente, à porção de guia 310 da porção de acionamento 300 usando-se um segundo membro de conexão 232 de modo a mover-se na direção vertical enquanto a primeira placa 210 se move na direção horizontal, conforme descrito em mais detalhes abaixo.
[0062] Além disso, a primeira placa 210 e a segunda placa 230 podem incluir porções 214 e 234 formadas em regiões correspondentes umas às outras. As regiões correspondentes correspondem a uma câmara de reação ou a um canal de reação do chip de PCR 400 e são configuradas para detectar um resultado de PCR enquanto o chip de PCR 400 é montado no suporte de chip 200, conforme descrito em mais detalhes abaixo.
[0063] A porção de conexão elástica 250 é configurada para conectar a primeira placa 210 à segunda placa 230 em uma direção vertical e pode incluir, por exemplo, um elemento elástico, tal como uma mola e semelhantes. A porção de conexão elástica 250 pode permitir que a segunda placa 230 se mova verticalmente e entre em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento 110 e 120 de acordo com o movimento horizontal da primeira placa 210 e pode gerar uma força elástica em direção à segunda placa 230 para permitir que o chip de PCR 400 entre em contato mais próximo com os blocos de aquecimento 110 e 120.
[0064] As FIGs. 3a e 3b ilustram uma porção de guia do dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0065] A porção de guia 310 da porção de acionamento 300 pode ser configurada para mover o suporte de chip 200, particularmente, a segunda placa 230 do suporte de chip 200 na direção vertical e pode ser fornecida como um painel plano vertical e incluir um espaço rebaixado 312 em uma superfície lateral.
[0066] Uma extremidade da primeira placa 210 do suporte de chip 200 pode estar disposta em uma extremidade superior da porção de guia 310 para apoiar a primeira placa 210.
[0067] Além disso, o segundo membro de conexão 232 da segunda placa 230 pode estar disposto no espaço rebaixado 312 da porção de guia 310. Devido a uma força elástica gerada a partir da porção de conexão elástica 250 em direção à segunda placa 230, aqui, o segundo membro de conexão 232 pode ser pressionado contra uma superfície inferior 314 do espaço rebaixado 312.
[0068] Consequentemente, quando a primeira placa 210 é movida em uma direção horizontal (uma direção lateral nas FIGS. 3a e 3b) devido à porção de acionamento 300, o segundo membro de conexão 232 da segunda placa 230 move-se ao longo da superfície inferior 314 do espaço rebaixado 312 de modo que a segunda placa 230 pode se mover na direção vertical.
[0069] Ou seja, quando a primeira placa 210 se move para os dois lados, a segunda placa 230 move-se para baixo.
Quando a primeira placa 210 se move em direção ao centro, a segunda placa 230 pode mover-se para cima.
[0070] A FIG. 4 ilustra uma operação do dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0071] Com referência à FIG. 4, o suporte de chip 200 no qual o chip de PCR 400 está disposto pode estar localizado no centro da porção de guia 310. Aqui, a extremidade da primeira placa 210 do suporte de chip 200 pode estar disposta na extremidade superior da porção de guia 310 e o segundo membro de conexão 232 da segunda placa 230 pode estar localizado na superfície inferior 314 do centro do espaço rebaixado 312. O chip de PCR 400 pode permanecer em um estado neutro sem entrar em contato com os blocos de aquecimento 110 e 120.
[0072] O suporte de chip 200 (particularmente, a primeira placa 210) pode ser movido em direção ao primeiro bloco de aquecimento 110 usando-se a porção de acionamento
300. A única extremidade da primeira placa 210 do suporte de chip 200 pode mover-se em direção à esquerda com relação à extremidade superior da porção de guia 310 e o segundo membro de conexão 232 da segunda placa 230 também pode mover- se em direção à esquerda ao longo da superfície inferior 314 do centro do espaço rebaixado 312. Aqui, devido à força elástica da porção de conexão elástica 250, o segundo membro de conexão 232 se move enquanto é pressionado contra a superfície inferior 314 do espaço rebaixado 312 de modo que toda a segunda placa 230 pode se mover para baixo e entrar em contato com o primeiro bloco de aquecimento 110.
[0073] Subsequentemente, a suporte de chip 200 pode ser movido em direção ao primeiro bloco de aquecimento 120 usando-se a porção de acionamento 300. Quando o segundo membro de conexão 232 da segunda placa 230 se move enquanto está sendo pressionado contra a superfície inferior 314 do espaço rebaixado 312 de modo que a primeira placa 210 se mova para a direita ao longo da extremidade superior da porção guia 310, a segunda placa 230 pode mover-se para cima e permanecer no estado neutro e, então, pode mover-se para baixo e entrar em contato com o segundo bloco de aquecimento
120.
[0074] Particularmente, uma região da superfície inferior 314 do espaço rebaixado 312 na porção de guia 310, que é adjacente aos blocos de aquecimento 110 e 120, está localizada abaixo dos blocos de aquecimento 110 e 120, de modo que a porção de conexão elástica 250 pode pressionar mais firmemente a segunda placa 230 para baixo contra os blocos de aquecimento 110 e 120.
[0075] As FIGs. 5a e 5b ilustram um dispositivo de amplificação de ácido nucleico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0076] Um dispositivo 1000’ pode incluir uma fonte de luz 510, uma porção de detecção 520, um filtro de luz 530 e uma porção de acionamento de filtro 540.
[0077] A fonte de luz 510 pode estar localizada entre os blocos de aquecimento 110 e 120 e emitir luz em direção ao chip de PCR 400. A fonte de luz 510 pode ser selecionada a partir do grupo que consiste em uma lâmpada de arco de mercúrio, uma lâmpada de arco de xenônio, uma lâmpada de arco de tungstênio, uma lâmpada de arco de haleto metálico, fibras de haleto metálico e diodos emissores de luz (LED).
Além disso, um comprimento de onda da fonte de luz 510 pode ser selecionado dentro de um intervalo de cerca de 200 nm a 1300 nm ou pode ser implantado como vários comprimentos de onda usando-se várias fontes de luz 510 ou um filtro.
[0078] A porção de detecção 350 é configurada para detectar a luz emitida a partir da fonte de luz 310 e pode ser selecionada a partir do grupo que consiste em um dispositivo acoplado com carga (DAC), um dispositivo de injeção de carga (DIC), um detector de semicondutor de óxido metálico complementar (SOMC) e um tubo fotomultiplicador (TFM).
[0079] A fonte de luz 510 pode estar disposta entre os blocos de aquecimento 110 e 120 e a porção de detecção 520 pode estar disposta acima da fonte de luz 510 e do suporte de chip 200. Além disso, o suporte de chip 200 no qual o chip de PCR 400 está disposto pode incluir as porções de passagem 214 e 234 formadas nas regiões da primeira placa 210 e da segunda placa 230, que correspondem à câmara de reação ou ao canal de reação do chip de PCR 400 Consequentemente, mesmo enquanto o chip de PCR 400 realiza a PCR ao mesmo tempo em que alterna entre o primeiro bloco de aquecimento 110 e o segundo bloco de aquecimento 120 (por exemplo, quando o chip de PCR 400 está no estado neutro mostrado na FIG. 4), a PCR pode ser medida e analisada em tempo real.
[0080] Neste caso, um material fluorescente adicional pode ser adicionado à amostra de solução incluída no chip de PCR 400 e pode emitir luz devido à luz que tem um comprimento de onda particular de acordo com a produção de um produto de PCR de modo a causar um sinal de luz mensurável e analisável.
[0081] O filtro de luz 530 pode estar disposto em um caminho óptico da fonte de luz 510 para ficar adjacente à fonte de luz 510 e pode remover por filtro(s) a luz de uma banda particular de comprimentos de onda da luz emitida a partir da fonte de luz 510. Uma pluralidade de tais filtros de luz 530 pode ser fornecida e cada um pode filtrar a luz de uma banda diferente de comprimentos de onda.
[0082] A porção de condução de filtro 540 pode ser acoplada ao filtro de luz 530 e pode mover horizontalmente o filtro de luz 530. Um de uma pluralidade de tais filtros de luz 530 pode estar localizado na fonte de luz 510 para movimento horizontal, de modo a emitir luz em uma banda de comprimentos de onda necessária para detecção em direção ao chip de PCR 400. Por exemplo, a porção de acionamento 540 pode incluir uma porção de operação que inclui um trilho que se estende em uma direção horizontal e um membro do motor configurado para mover o filtro de luz 530 usando-se o trilho.
[0083] As FIGs. 6 e 7 ilustram um pacote de chips de PCR de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0084] Em detalhes, a FIG. 6 ilustra uma vista de montagem do pacote de chips de PCR e a FIG. 7 ilustra uma vista explodida do pacote de chips de PCR.
[0085] O pacote de chips de PCR pode acomodar o chip de PCR 400 no mesmo, ser inserido no suporte de chip 200, mover- se com o suporte de chip 200 e permitir que o chip de PCR 400 entre em contato mais estável e firme com os blocos de aquecimento 110 e 120. Em detalhes, o pacote de chips de PCR pode incluir o chip de PCR 400, um estojo de chip de PCR 600 e uma porção de vedação 700.
[0086] O chip de PCR 400 pode incluir uma amostra de solução que inclui ácido nucleico, por exemplo, DNA de fita dupla, iniciador de oligonucleotídeo que tem uma sequência nucleica complementar a uma sequência nucleica particular a ser amplificada, DNA polimerase, dNTP e um tampão de PCR.
[0087] O chip de PCR 400 pode incluir uma porção de entrada configurada para introduzir a amostra de solução, uma porção de saída configurada para descarregar a amostra de solução na qual a reação de amplificação de ácido nucleico é concluída e uma ou mais câmaras (ou canais) de PCR que acomodam a amostra de solução, incluindo ácido nucleico a ser amplificado. O chip de PCR 400 pode ser implantado usando-se um material transmissor de luz e, preferencialmente, inclui um material plástico transmissor de luz. Por exemplo, uma vez que um material plástico é usado, o chip de PCR 400 pode facilitar um aumento na eficiência de transferência de calor ajustando-se uma espessura de plástico e os custos de fabricação do mesmo podem ser reduzidos devido a um processo de fabricação simples.
[0088] O estojo de chip de PCR 600 pode incluir uma placa superior 610 e uma placa inferior 630 e pode ser aberto ou fechado através de dobradiça entre a placa superior 610 e a placa inferior 630. Em um estado aberto, o chip de PCR 400 e/ou a porção de vedação 700 podem ser acomodados ou eliminados do estojo de chip de PCR 600. Em um estado fechado, o chip de PCR 400 e/ou a porção de vedação 700 no mesmo podem ser pressurizados para serem dispostos de maneira estável. Além disso, através do deslizamento de um membro de acoplamento 650, a placa superior 610 e a placa inferior 630 podem permanecer seletivamente no estado fechado.
[0089] Para acomodar o chip de PCR 400 no estojo de chip de PCR 600, os espaços de acomodação 612 e 631 nos quais o chip de PCR 400 está montado podem ser formados em uma superfície interna da placa superior 610 e da placa inferior
630. Os espaços de acomodação 612 e 632 podem ser formados para ter tamanhos correspondentes ou menores do que o chip de PCR 400 acoplado à porção de vedação 700.
Consequentemente, quando o estojo do chip de PCR 600 é fechado, o chip de PCR 400 pode ser pressurizado fixamente usando-se a porção de vedação 700 que é macia.
Consequentemente, a deformação do chip de PCR 400 causada pela tensão gerada quando o chip de PCR 400 entra em contato com os blocos de aquecimento 110 e 120 pode ser evitada.
[0090] Além disso, para permitir que a PCR seja observável enquanto o chip de PCR 400 está disposto no estojo de chip de PCR 600 ou no suporte de chip 200, a placa superior 610 e a placa inferior 630 podem incluir regiões abertas 614 e 633 formadas correspondentes à câmara de reação do chip de PCR 400.
[0091] Além disso, o chip de PCR 400 pode entrar em contato próximo com os blocos de aquecimento 110 e 120 através das regiões abertas 634 da placa inferior 630. Pelo menos uma porção de suporte 616 configurada para entrar em contato com o chip de PCR 400 pode ser formada em uma região aberta 614 de uma placa superior 610 para evitar tensão gerada em direção ao chip de PCR 400 quando o chip de PCR 400 entra em contato com os blocos de aquecimento 110 e 120.
[0092] A porção de vedação 700 pode vedar a porção de entrada e a porção de saída do chip de PCR 400. Para esta finalidade, a porção de vedação 700 pode incluir um material macio, tal como borracha e semelhantes, e ter flexibilidade e elasticidade. Em detalhes, a porção de vedação 700 pode incluir uma porção de cobertura 710 que tem uma forma de painel plano e uma pluralidade de porções salientes 730 formadas na porção de cobertura 710, e cada uma das porções salientes 730 pode ser inserida na porção de entrada e na porção de saída do chip de PCR 400 de modo a vedar o chip de PCR 400.
[0093] Além disso, a porção de vedação 700 e o chip de PCR 400 podem ter formas correspondentes para serem mais firmemente pressionados um contra o outro. Por exemplo, o chip de PCR 400 pode incluir regiões salientes que circundam uma porção de entrada e uma porção de saída e a porção de vedação 700 pode incluir uma região de acomodação 750 formada para ser rebaixada na qual as regiões salientes do chip de PCR 400 são acomodadas para serem pressionado contra a mesma.
[0094] Conforme descrito acima, modalidades ideais foram mostradas e descritas nos desenhos e no relatório descritivo.
Os termos particulares aqui usados destinam-se meramente a descrever a presente invenção e não são usados para limitar os significados ou restringir o escopo da presente invenção divulgada nas reivindicações.
Portanto,
deve ser compreendido por aqueles que são especialistas na técnica que uma variedade de modificações e equivalentes das mesmas podem ser feitas.
Consequentemente, o âmbito técnico da presente invenção deverá ser determinado pelo conceito técnico das seguintes reivindicações.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES
1. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de blocos de aquecimento dispostos afastados; um chip de reação em cadeia da polimerase (PCR) que compreende uma porção de entrada na qual uma amostra de solução é injetada; uma câmara de reação na qual a PCR da amostra de solução é realizada; e uma porção de saída através da qual uma amostra de solução é descarregada, em que o chip de PCR entra em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento, nos quais a PCR da amostra de solução é realizada; um suporte de chip no qual o chip de PCR é montado e que move o chip de PCR para permitir que o chip de PCR entre em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento; e uma porção de acionamento configurada para mover o suporte de chip e para guiar uma direção de movimento do suporte de chip.
2. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o suporte de chip compreende uma primeira placa que se move horizontalmente entre a pluralidade de blocos de aquecimento, uma segunda placa à qual o chip de PCR está acoplado de forma removível e uma porção de conexão elástica configurada para conectar a primeira placa à segunda placa em uma direção vertical, e em que a porção de conexão elástica gera uma força elástica em direção à segunda placa para permitir que a segunda placa entre em contato sequencial com a pluralidade de blocos de aquecimento enquanto se move em uma direção vertical.
3. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a porção de acionamento compreende uma porção de operação configurada para mover horizontalmente a primeira placa e uma porção de guia configurada para fornecer um caminho no qual a segunda placa se move verticalmente.
4. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a porção guia é configurada como um espaço rebaixado no qual um membro de conexão da segunda placa é inserido e o membro de conexão entra em contato com uma superfície inferior do espaço rebaixado, no qual a superfície inferior é formada para ser gradualmente dobrada para baixo em uma direção dos blocos de aquecimento.
5. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a superfície inferior do espaço rebaixado da porção guia que é adjacente aos blocos de aquecimento está localizada abaixo do bloco de aquecimento de modo que a porção de conexão elástica pressurize a segunda placa para baixo contra os blocos de aquecimento.
6. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um estojo de chip de PCR que acomoda o chip de PCR no mesmo e que é inserido na segunda placa, em que o estojo de chip de PCR inclui uma placa superior e uma placa inferior que são acopláveis, em que regiões abertas que correspondem à câmara de reação do chip de PCR são formadas na placa superior e na placa inferior, e um espaço de acomodação no qual o chip de PCR é montado é formado em uma superfície interna de pelo menos uma dentre a placa superior e a placa inferior.
7. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma porção de vedação macia configurada para vedar a porção de entrada e a porção de saída.
8. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que quando o chip de PCR ao qual a porção de vedação é acoplada é acomodado no estojo de chip de PCR, o estojo do chip de
PCR pressuriza o chip de PCR através da porção de vedação de modo a evitar a deformação do chip de PCR ocasionada pela tensão gerada quando o chip de PCR entra em contato com os blocos de aquecimento.
9. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma fonte de luz disposta entre a pluralidade de blocos de aquecimento e configurada para emitir luz em direção ao chip PCR; e uma porção de detecção disposta para enfrentar a fonte de luz e configurada para detectar a luz emitida da fonte de luz.
10. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de filtros de luz dispostos na fonte de luz e configurados para filtrar os raios de luz em diferentes bandas de comprimento de onda da luz emitida a partir da fonte de luz; e uma porção de condução de filtro configurada para mover horizontalmente a pluralidade de filtros de luz e localizar um da pluralidade de filtros de luz na fonte de luz.
11. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de blocos de aquecimento compreende um primeiro bloco de aquecimento e um segundo bloco de aquecimento, em que o primeiro bloco de aquecimento é implantado para manter uma temperatura de uma etapa de desnaturação da PCR ou para manter uma temperatura de etapas de recozimento e extensão da PCR, em que o segundo bloco de aquecimento é implantado para manter a temperatura das etapas de recozimento e extensão da PCR ou manter a temperatura da etapa de desnaturação da PCR, e em que o primeiro bloco de aquecimento e o segundo bloco de aquecimento são implantados para manter as temperaturas de diferentes etapas.
12. Dispositivo de amplificação de ácido nucleico, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a temperatura da etapa de desnaturação é 90°C a 100°C, e a temperatura das etapas de recozimento e extensão é 45°C a 75°C.
BR112021001767-4A 2018-08-01 2019-07-31 dispositivo de amplificação de ácido nucleico que tem uma pluralidade de blocos de aquecimento BR112021001767A2 (pt)

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