BRPI0518824B1 - "particle cartridge for particle processing and method of processing of a sample" - Google Patents

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R. Gilbert John
Lewis Hugh
Beaupre Derek
Deshpande Manish
Trikha Jaishree
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Cytonome/St, Llc
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Abstract

cartucho unitário para processamento de partícula. um único cartucho descartável para executar um processo em uma partícula, tal como separação de partícula, encapsula todas as superfícies de contato de fluído no cartucho para uso com tecnologia de processamento de partícula mícrofluidíca. as interfaces do cartucho com um sistema operacional para efetuar processamento de partícula. o encapsulamento pode empregar qualquer técnica adequada para processar partículas.

Description

"CARTUCHO UNITÁRIO PARA PROCESSAMENTO DE PARTÍCULA E MÉTODO DE PROCESSAMENTO DE UMA AMOSTRA" Pedidos Relacionados A presente invenção reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisória Norte-Americana Número Serial 60/633.396, intitulado "Cartucho Unitário para Separação de Partícula" depositado em 3 de Dezembro de 2004, o conteúdo da qual está aqui incorporado como referência.
Campo da Invenção A invenção está relacionada a um método e aparelho para processar partículas, tais como um método e aparelho para separação partículas baseado em características pré-determinadas.
Fundamentos da Invenção Sistemas convencionais para processar partículas contam com um número de componentes separados não integrados que são fabricados separadamente e montados no sítio. Tais sistemas convencionais são pesados, e podem sofrer de problemas de contaminação potencial.
Por exemplo, em sistemas de separação de partícula convencionais, as partículas ou células a serem separadas são suspensas (a suspensão) em um meio líquido que passa através de uma coleção de reservatórios, tubos, câmaras, bocais, e/ou ajustes (coletivamente relacionados aqui como "superfícies de contato de fluido"). Em separadores ópticos de alta velocidade convencionais, a suspensão passa através de um bocal e é formada em um fluxo de gotículas (a fase de aerosol) antes de ser capturada em câmaras de destino. Esse fluxo de goticulas (aerosol) toca ou contamina qualquer área no sistema que não é explicitamente vedada longe do fluxo, à medida que é dificil para de outra formar garantir que aerosol disperso ou impropriamente formado não respingue em todas as direções. Para esse propósito, todas as superfícies que não são explicitamente vedadas da fase de aerosol são consideradas parte das "superfícies de contato de fluido".
Em muitas aplicações que empregam separação de partícula e outro processamento de partícula, em aplicações clínicas particulares ou pesquisa pré-clínica, é importante assegurar "isolamento do operador" e/ou "isolamento do produto". 0 isolamento do operador se refere a proteger o operador de exposição à suspensão de partícula, por exemplo, quando há uma possibilidade de agentes de doença infecciosa existindo na suspensão. 0 isolamento do produto se refere ao isolamento da suspensão de contaminação com traces a partir de fora da suspensão, incluindo contaminação a partir do ambiente ou a partir de suspensões anteriores que tenham passado através do sistema de separação.
Sistemas de separação convencionais e outros sistemas de processamento e partícula exigem operação em câmaras de ambiente vedado para fornecer isolamento do operador. Entretanto, esses tipos de sistemas são difíceis de servir com operações manuais. Sistemas convencionais exigem ou substituição ou limpeza de todas as superfícies de contato de fluido de modo a garantir isolamento do produto e as etapas manuais exigem desmantelar, limpar, ou substituir super- ficies de contato de fluido convencionais representam um risco de quebrar o isolamento do operador.
Sumário da Invenção A presente invenção fornece um único cartucho descartável para executar um processo em uma partícula, tal como separação de partícula, que encapsula todas as superfícies de contato de fluido para uso com tecnologia de processamento de partícula micro-fluídica. 0 encapsulamento das superfícies de contato de fluido assegura, aperfeiçoa ou promove isolamento do operador e/ou isolamento do produto. 0 cartucho pode empregar qualquer técnica adequada para processar partículas.
De acordo com um primeiro aspecto da invenção, um cartucho unitário de processamento de partícula para executar um processo em uma amostra compreende um cartucho unitário de processamento de partícula tendo formado neste um componente de processamento de partícula para processar uma amostra e uma pluralidade de superfícies de contato de fluido encapsuladas no cartucho unitário de processamento de partícula. Todas as superfícies de contato de fluido no cartucho unitário de processamento de partícula são encapsuladas e vedadas de um ambiente externo.
De acordo com um outro aspecto da invenção, um sistema de separação de partícula compreende um cartucho u-nitário tendo formado neste um componente de separação de partícula, um fluxo ascendente de fonte de partícula do componente de separação de partícula para fornecer partículas a serem separadas ao componente de separação de :pàrtícula, um reservatório de fluido envolvente para fornecer fluido envolvente para suspender partículas e um fluxo descendente da câmara de retenção do componente de separação de partícula para coletar partículas separadas.
De acordo com ainda um outro aspecto da invenção, um método de processamento de uma amostra, compreende as e-tapas de inserir um cartucho de processamento de partícula unitário em uma máquina operacional e instruir a máquina o-peracional a executar um processo em uma amostra vedada no cartucho unitário de processamento de partícula.
Em um outro aspecto, um sistema de processamento de partícula compreende um chip de processamento de partícula compreendendo uma pluralidade de micro-canais e dispositivo de processamento para executar processos paralelos em uma pluralidade de amostras, um cartucho contendo uma pluralidade de câmaras e caminhos de fluido para fornecer e receber substâncias para e a partir do chip de processamento de partícula, um suporte para montar o chip de processamento de partícula no cartucho para localizar as câmaras e caminhos de fluido do cartucho em comunicação de fluido com os micro-canais e uma pluralidade de tubos agregados para receber e agregar amostras processadas a partir dos micro-canais.
Em ainda um outro aspecto, um cartucho unitário de processamento de partículas para executar um processo em uma amostra compreende um cartucho unitário de processamento de partícula tendo formado neste: um componente de processamento de partícula para processar uma amostra, uma pluralidade de superfícies de contato de fluido, compreendendo pelo me- nos uma câmara de fluido e pelo menos um caminho de fluido, encapsulado no cartucho unitário de processamento de partícula, onde todas as superfícies de contato de fluido no cartucho unitário de processamento de partícula são encapsula-das e vedadas de um ambiente externo e reagentes químicos para executar um processo na amostra armazenada em uma câmara do cartucho.
De acordo com um outro aspecto da invenção, um cartucho unitário de processamento de partícula para executar um processo em uma amostra é fornecido, compreendendo um cartucho unitário de processamento de partícula tendo formado neste: um componente de processamento de partícula para processar uma amostra; uma pluralidade de superfícies de contato de fluido, compreendendo pelo menos uma câmara de fluido e pelo menos um caminho de fluido, encapsulados no cartucho unitário de processamento de partícula, onde todas as superfícies de contato de fluido no cartucho unitário de processamento de partícula são encapsuladas e vedadas de um ambiente externo; e pérolas usadas para executar uma deple-ção ou detecção baseada em pérola na amostra, onde as pérolas são armazenadas em uma primeira câmara do cartucho.
Em ainda um outro aspecto da invenção, um método de processamento de uma amostra é fornecido. 0 método compreende as etapas de fornecer um cartucho unitário de processamento de partícula e manter o cartucho unitário de processamento de partícula vedada em uma capota de biosseguran-ça, onde o cartucho unitário de processamento de partícula vedado é carregado com uma. amostra a ser processada e um dispositivo de processamento para executar um processo na amostra. Então, o cartucho unitário de processamento de partícula vedado é inserido em uma máquina operacional. A máquina operacional é operada para efetuar o processamento de uma amostra vedada no cartucho unitário de processamento de partícula usando o dispositivo de processamento. Então, o cartucho unitário de processamento de partícula vedado é removido da máquina operacional, e, em uma capota de biossegu-rança, a amostra processada é removida do cartucho unitário de processamento de partícula vedado.
Breve Descrição dos Desenhos A FIG. 1 ilustra um sistema de separação de partícula da técnica anterior. A FIG. 2 ilustra um cartucho unitário para processamento de partícula de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. A FIG. 3 ilustra um cartucho unitário para separação de partícula de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. A FIG. 4 ilustra um cartucho unitário de separação de partícula de uma modalidade da invenção incluindo um filtro de agregação. A FIG. 5 ilustra um cartucho unitário de separação de partícula de uma outra modalidade da invenção incluindo bombas e filtros para controlar nível de líquido e/ou a concentração de fluido envolvente, bem como fornecer re-circulação de envolvente.
As FIGs. 6A-6D são desenhos CAD de uma modalidade de um cartucho unitário para processamento de partícula. A FIG. 7 ilustra uma modalidade de um cartucho u-nitário de processamento de partícula de ainda uma outra modalidade da invenção incluindo um filtro de captura para filtrar uma linha de re-circulação a partir de um reservatório de re-circulação. A FIG. 8 ilustra uma outra modalidade de um cartucho unitário de processamento de partícula de acordo com a invenção, incluindo um componente de re-circulação superna-tante baseado em bomba. A FIG. 9 ilustra um cartucho unitário de processamento de partícula de ainda uma outra modalidade da invenção, incluindo um componente de re-circulação supernatante baseado em bomba. A FIG. 10 ilustra um cartucho unitário de processamento de partícula incluindo um sistema de re-circulação supernatante pneumático usando um filtro de núcleo oco e nenhuma bomba.
As FIGs. 11A-11C ilustram o cartucho unitário de processamento de partícula integrado com uma lâmina de múltiplas cavidades de acordo com uma aplicação da invenção.
As FIGs. 12A-12D são fotografias de um protótipo de um cartucho unitário de processamento de partícula de uma modalidade ilustrativa da invenção. A FIG. 13 ilustra uma outra aplicação de um cartucho unitário de processamento de partícula- para processar partículas, onde o sistema de cartucho permite agregação de uma amostra processada fora do chip.
Descrição Detalhada da Invenção A presente invenção fornece um cartucho unitário para executar processamento de partícula, incluindo separação de partícula, em uma amostra. A presente invenção será descrita abaixo com relação a modalidades ilustrativas. A-queles versados na técnica apreciarão que a presente invenção pode ser implementada em um número de diferentes aplicações e modalidades e não é especificamente limitada em sua aplicação às modalidades particulares descritas aqui.
Como usado aqui, um "cartucho" se refere a uma coleção de câmaras e/ou passagens de fluido que são ligadas como um único objeto unitário que pode ser transportado ou movido como uma peça. Pelo menos alguns dos componentes, tais como câmaras, em um cartucho podem ser rigidamente ligados, enquanto outros componentes, tais como canais ou tubos conectando câmaras, podem ser flexivelmente ligados.
Como usado aqui, o termo "micro-fluídico" se refere a um sistema ou dispositivo para manipular, processar, ejetar e/ou analisar uma amostra de fluido incluindo pelo menos um canal tendo dimensões em micro-escala. 0 termo "canal" como usado aqui se refere a uma passagem formada dentro ou através de um meio que permite o movimento dos fluidos, tais como líquidos e gases. 0 termo "micro-canal" se refere a um canal preferencialmente formado em um sistema ou dispositivo micro-fluídico tendo dimensões transversais na faixa entre aproximadamente 1,0 pm e aproximadamente 250μιη, prefe- rencialmente entre 25 μη e aproximadamente 150 μηα e mais preferencialmente entre 50μιη e aproximadamente ΙΟΟμπι. Um versado na técnica será capaz de determinar um volume e comprimento apropriados do micro-canal. As faixas pretendem incluir os valores citados acima como o limite superior ou o limite inferior. O micro-canal pode ter qualquer forma ou arranjo selecionado, exemplos dos quais incluem uma configuração linear ou não linear e uma configuração em forma de U. A FIG. 1 é um esquema geral de sistemas de superfície de contato fluídico em um sistema de separação de partícula convencional da técnica anterior. Como mostrado, um sistema convencional 10 inclui uma fonte de célula 12 e um reservatório de fluido envolvente 14, que são usados para estabelecer um bem comportado fluxo central de partículas suspensas. Os tubos 16, 18 conectam a fonte de célula 12 e as câmaras de envolvente 14 a um bocal de separação 20. Uma região de fase de aerosol 22 de gotículas é produzida pelo bocal de separação 20, seguida por uma ou mais câmaras de captura 24A, 24B (rotuladas retenção 1 ou retenção 2) , nas quais sub-conjuntos selecionados de células ou partículas são direcionadas.
No sistema de separação convencional 10 da FIG. 1, superfícies de contato fluídico incluem pelo menos sete diferentes componentes, bem como todas as superfícies contíguas à região de fase de aerosol 22, porque gotículas podem respingar em todas as direções durante a iniciação de eventos de fluxo ou de bloqueio de fluxo. De necessidade, nesse tipo de sistema convencional 10, as câmaras de "retenção" 24Α, 24Β devem ser câmaras abertas de modo a serem acessíveis a gotículas. As câmaras abertas podem introduzir ou aumentar contaminação ou expor um operador ao material nas câmaras. 0 fluido pode ser direcionado para fora da fonte de célula 12 e reservatório de envolvente 14 usando uma pressão pneumática (gás) aplicada através de uma porta externa (não mostrada) nesses reservatórios. A porta de pressão pode ser travada por filtros esterilizados, que apresentam objetos adicionais para serem limpos ou descartados.
Os componentes do sistema de separação convencional 10 são tipicamente elementos separadamente móveis que não são vedados um ao outro ou ao ambiente. Nem são componentes separados construídos no mesmo substrato.
Por toda o pedido, componentes similares de diferentes modalidades do cartucho unitário de processamento de partícula podem ser designados com números de referência similares . A FIG. 2 ilustra um cartucho de processamento de partícula 100 para executar um processo em uma amostra, tendo muitas, e preferencialmente todas, as superfícies de contato de fluido encapsuladas de acordo com uma modalidade i-lustrativa da invenção. 0 cartucho unitário de processamento de' partícula ilustrativo 100 pode ser projetado para executar qualquer processo adequado ou múltiplos processos em uma amostra. Preferencialmente, o cartucho unitário de processamento de partícula executa um processo micro-fluídico em uma amostra. 0 cartucho pode conter um ou mais sub-sistemas de processamento de partícula 110 habilitando um ou. mais pro- cessos unitários a serem aplicados a uma amostra, tal como uma suspensão, carregada no cartucho 100. O sub-sistema de processamento de partícula 110 pode ser separadamente inserido e removido do cartucho 100, ou pode ser integralmente formado no substrato do cartucho. Por exemplo, o substrato do cartucho pode ter formado neste uma reentrância ou câmara para receber o sub-sistema de processamento de partícula 110. Alguns exemplos de processos unitários que podem ser incorporados em um cartucho unitário 100 incluem, mas não estão limitados à, incubação ou coloração de partículas, lavagem de partículas, incluindo variantes onde supernatante é purificado, aquecimento ou resfriamento de partículas em uma suspensão, mistura de células ou outras partículas com químicas ou pérolas, filtragem baseada em tamanho das partículas, depleção ou melhoramento de um sub-conjunto de partículas na suspensão, separação de partículas, e outros processos adequados conhecidos na técnica.
Idealmente, de modo a preparar partículas, tais como células para pesquisa ou aplicações clínicas, usando um cartucho unitário 100 da modalidade ilustrativa da invenção, um usuário carrega a "fonte", tal como uma suspensão de célula, no cartucho via uma porta de entrada de amostra 102, opera o cartucho usando o sub-sistema de processamento 110 e extrai o produto final em uma condição tão acabada quanto possível via uma porta de saída de amostra 106. Se um dispositivo de processamento, tal como um fluido envolvente, solução, suspensão de mistura, pérolas magnéticas e assim por diante, é necessário, o dispositivo de processamento pode ser carregada no cartucho 100 via uma porta de entrada de processador 104 e armazenada em uma fonte de dispositivo de processamento 114. Alternativamente, uma única porta pode servir como ambas a porta de entrada de amostra e a porta de entrada de processador. Uma porta de extração 108 pode ser usada para acessar subprodutos do sub-sistema de processamento 110.
Uma pluralidade de câmaras dispostas entre as portas e o sub-sistema 110 pode também ser fornecida. Preferencialmente, pelo menos algumas das câmaras são rigidamente conectadas umas às outras para formar o cartucho unitário 100. Como mostrado, o cartucho ilustrativo 110 inclui uma câmara de entrada de amostra 112 para armazenar uma amostra a ser processada, que pode ser fornecida pela porta de entrada de amostra 102. A câmara de entrada de amostra 112 está em comunicação defluido com o sub-sistema de processamento 110 via um caminho de fluido 116. Uma câmara de entrada de dispositivo de processamento 114 pode armazenar um dispositivo de processamento fornecido via a porta de entrada de processador 104. Um caminho de fluido 118 conecta em forma de fluido a câmara de entrada de dispositivo de processamento 112 ao componente de processamento de partícula 110. Uma câmara de amostra processada, ilustrada como câmara de "retenção" 124A, armazena uma amostra processada pelo sub-sistema de processamento 110, e pode ser conectada de forma fluida ao componente de processamento de partícula 110 via um caminho de fluido 126. Uma porta de saída de amostra, tal como a porta de extração 106 pode ser usada para restaurar a amostra a partir da câmara de amostra processada. Uma câmara de saida de subproduto, ilustrada como uma câmara de "retenção" 124B, pode armazenar um subproduto do processo executado usando o sub-sistema, tal como partículas não selecionadas em um sistema de separação, ou uma solução de subproduto para um outro processo, que pode ser fornecida à câmara de saída de subproduto 124B a partir do componente de processamento de partícula 110 usando um outro caminho de fluido 128. Uma pluralidade de portas pneumáticas 101, 103, 105 e 107 em comunicação com caminhos de fluido aplica pressão para facilitar fluxo de fluido através do cartucho. Em adição, uma pluralidade de portas adicionais, câmaras e caminhos de fluido podem ser fornecidos no cartucho, dependendo do tipo de processo executado.
Uma variedade de processos pode ser executada u-sando o cartucho unitário 100 da modalidade ilustrativa da invenção. Por exemplo, um cartucho unitário de processamento de partícula de uma modalidade ilustrativa da invenção pode ser usado para executar incubação ou coloração de partículas. Por exemplo, em uma aplicação usando o cartucho unitário de processamento de partícula, suspensões podem ser misturadas e incubadas com soluções contendo anticorpos de rato anti-CD4 rotulados fluoróforo de modo a seletivamente rotular células expressando CD4 em suas superfícies.
Em uma outra aplicação, o cartucho unitário de processamento de partícula 100 pode ser usado para lavagem de partículas em uma suspensão, incluindo variantes onde su-pernatante é purificado. Por exemplo, depois da incubação, como descrito acima, pode ser desejável remover anticorpos não ligado aos antigenos tal que fluoróforo não ligado ao antigeno não interfere com dispositivos ópticos para identificar as células positivas CD4. A lavagem de partículas em uma suspensão pode ser feita no cartucho unitário de processamento de partícula 100 através de bombear a suspensão a partir de uma câmara inicial através de um filtro para separar as células do supernatante. Então, as células extraídas podem ser passadas de volta na câmara original, enquanto o supernatante é passado através de uma outra câmara no cartucho contendo proteína A cativa ou anticorpos anti-rato para precipitar quaisquer anticorpos restantes no supernatante antes do supernatante purificado ser adicionado de volta à câmara original. Esse processo pode continuar a circular a-través do cartucho até que o anticorpo não ligado ao antíge-no tenha sido adequadamente removido do supernatante.
Em uma outra aplicação, o cartucho unitário de processamento de partícula 100 pode executar aquecimento e/ou resfriamento de uma suspensão carregada neste. Por e-xemplo, uma máquina operacional pode fornecer placas ou regiões de aquecimento e/ou resfriamento ao cartucho, tal que cada câmara ou região do cartucho pode ser mantida em diferentes temperaturas ou tem sua temperatura modificada durante operação do cartucho unitário de processamento de partícula. Qualquer dispositivo adequado para controlar a temperatura em uma câmara ou região selecionada do cartucho unitário de processamento de partícula pode ser usado.
Em uma outra aplicação, o cartucho unitário de processamento de partícula 100 pode executar mistura de partículas, tais como células, com químicas, pérolas ou outra substância. Por exemplo, uma suspensão de célula em uma primeira câmara do cartucho 100 pode ser bombeada ou acionada em uma segunda câmara contendo químicas, pérolas ou soluções contendo químicas ou pérolas. A segunda câmara pode conter rotores ou barras de agitação que podem ser acionados por dispositivos magnéticos ou mecânicos pela maquina operacional de modo a aperfeiçoar ou controlar a mistura.
Em ainda uma outra aplicação, o cartucho unitário de processamento de partícula 100 pode executar filtragem baseada em tamanho de partículas, tais como células. Por e-xemplo, uma suspensão de célula em uma primeira câmara do cartucho pode ser bombeada em uma segunda câmara através de um filtro, que permite somente células ou partículas abaixo de um certo tamanho a fluir na segunda câmara. Essa operação produz uma sub-população de tamanho definido de células na segunda câmara.
Em uma outra aplicação, o cartucho unitário de processamento de partícula 100 pode executar depleção ou a-perfeiçoamento de sub-conjunto de célula de pérola magnética. Por exemplo, uma suspensão de célula em uma primeira câmara no cartucho pode ser bombeada em uma segunda câmara contendo pérolas magnéticas revestidas com anticorpos anti-CD4, tal que células expressando CD4 em sua superfície se ligarão às pérolas. Depois de mistura na segunda câmara, um campo magnético é aplicado por uma■ máquina operacional ex- terna à segunda câmara no cartucho unitário de processamento de partícula. 0 campo magnético precipita as pérolas, e quaisquer células cativas à pérola, à parede da segunda câmara. Então, o líquido e células restantes em suspensão são bombeados em uma terceira câmara no cartucho, que então contém uma população que é deplecionada para células expressando CD4. Um líquido pode ser então adicionado à segunda câmara para liberar o ímã, assim permitindo as células cativas por pérolas a voltar e suspensão (com as pérolas). Depois da suspensão das células cativas por pérola, a suspensão resultante pode ser bombeada em uma quarta câmara no cartucho, que então conterá uma população de células aperfeiçoadas para aquelas expressando CD4.
Um versado na técnica reconhecerá que a invenção não é limitada a depleção ou aperfeiçoamento de sub-conjunto de célula de pérola magnética, mas pode abranger qualquer processo adequado para deplecionar ou aperfeiçoar subconjuntos de célula de pérola. Por exemplo, em uma aplicação do cartucho unitário de processamento de partícula, uma suspensão de célula em uma primeira câmara pode ser bombeada em uma segunda câmara contendo grandes pérolas de látex, preferencialmente mais do que 50 mícrons de diâmetro, que são revestidos com anticorpos anti-CD4, tal que células expressando CD4 em sua superfície ligará às pérolas. Depois da mistura da suspensão de célula e as pérolas na segunda câmara, a suspensão resultante é bombeada em uma terceira câmara através de um filtro de separação por tamanho que permite às partículas menores do que 40 mícrons passarem e re- circularem amontoados maiores na segunda câmara. A terceira câmara então contém uma população que é deplecionada para células expressando CD4. Se líquido contendo uma química ou enzima que quebra a ligação entre as pérolas e os anticorpos anti-CD4 é então adicionado à segunda câmara, as células cativas que então conterão uma população de células aperfeiçoadas para aquelas expressando CD4.
De acordo com ainda uma outra aplicação, um cartucho unitário de processamento de partícula 100 pode ser usado para executar teste de liberação de um produto ou substancia. Por exemplo, um filtro no cartucho pode capturar um produto ou substância de interesse, tal como bactéria, em uma amostra que flui através do filtro. A bactéria capturou pode então ser coletada a partir do filtro para teste. O cartucho unitário de processamento de partícula 100 pode incluir uma pluralidade de sub-sistemas de processamento de amostra 110 no cartucho. Por exemplo, dois ou mais sub-sistemas de processamento de amostra 110 podem ser dispostos em série no cartucho para permitir processamento seqüencial de uma amostra. Uma região de enriquecimento entre os sub-sistemas de processamento serial pode permitir re-configurar dos parâmetros de amostra entre processos. Um exemplo de uma região de enriquecimento adequada entre dois estágios de processamento de amostra 110 é encontrado no Pedido de patente Norte-Americano No. 10/329.008, o conteúdo do qual está aqui incorporado como referência. Por exemplo, a região de enriquecimento pode ser formada por um filtro disposto entre os sub-sistemas de processamento de amostra no cartucho.
De acordo com uma outra modalidade, um cartucho unitário de processamento de partícula pode ser usado para separação de partícula. 0 cartucho ilustrativo 200 executa separação de célula, embora um versado na técnica reconhecerá que o cartucho 200 pode executar separação em qualquer tipo de partícula. A FIG. 3 ilustra um cartucho unitário de separação de partícula 200 incluindo um componente de separação baseado em micro-fluídico 120 para separação de partículas sem uma fase de aerosol, de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. Fluxo acima do componente de separação 120, o cartucho 200 inclui uma fonte de célula 112 para armazenar partículas a serem separadas, uma fonte de fluido envolvente 114 armazenando um fluido envolvente para facilitar um processo de separação, uma porta pneumática filtrada esterilizada 101 para a fonte de célula, uma porta de carregamento de amostra 102 para a fonte de célula, uma porta pneumática filtrada esterilizada 103 para o fluido envolvente e uma porta de carregamento de fluido 104 para o reservatório de fluido envolvente 114. As portas pneumáticas 101, 103 aplicam pressão para induzir ou facilitar fluxo de fluido através do cartucho. Canais, ilustrados como tubos 116 e 118, conectam a fonte de célula 112 e o reservatório de fluido envolvente 114, respectivamente, a entradas do componente de separação 120. Fluxo abaixo do componente de separação 120, o cartucho inclui câmaras de retenção 124A, 124 para coletar partículas separadas, tubos 126, 128 conec- tando as saídas do componente de separação 120 às câmaras de retenção 124A, 124B. O cartucho também inclui uma porta de extração 106, 108 para cada câmara de retenção 124A, 124B, respectivamente, para extrair fluido coletado de cada câmara de retenção, e portas pneumáticas de fluido esterilizado 105, 107, respectivamente. O cartucho processa volumes relativamente grandes (0,1 ml a 5000 ml de suspensão) e volumes maiores ou iguais de fluido envolvente através do sistema e para fora de câmaras de saída 124A, 124B. O componente de separação 120 pode ser qualquer dispositivo adequado para separar partículas baseadas em uma característica pré-determinada. Exemplos de um dispositivo de separação de célula adequado incluem um chip de separação micro-fluídico, como descrito na Patente Norte-Americana Número 6.808.075 e o Pedido de Patente Norte-Americana Números 10/329.008 e 10/664.587, os conteúdos dos quais são aqui incorporados como referência. Entretanto, a invenção não é limitada para uso de um componente de separação de célula descrito nessas referências. O componente de separação 120 pode ser separadamente fabricado, armazenado, e/ou enviado, e subsequentemente inserido no substrato do cartucho 200, criando uma conexão flexível. Alternativamente, o componente de separação 120 pode ser integralmente e rigidamente formado no substrato de cartucho 200.
Como mostrado, conexões fluídicas a partir da fonte de célula 112 ou reservatório de envolvente 114 para o componente de separação 120 e a partir do componente de'se- paração às câmaras de retenção 124A, 124B, podem ser feitas com únicos tubos ou arranjos de tubos. Os tubos criando os caminhos de fluido podem ser de qualquer diâmetro apropriado .
Uma modalidade de um cartucho unitário de processamento de partícula da presente invenção, tal como o cartucho unitário de processamento de partícula 100 mostrado na FIG. 2 ou o cartucho unitário de separação de partícula 200 da FIG. 3 tem várias propriedades que são melhorias na operação de um sistema de separação de célula ou partícula. Por exemplo, a maior parte, e preferencialmente todas, as superfícies de contato de fluido são construídas em um objeto ("o cartucho"). O cartucho unitário incluindo todas as superfícies de contato de fluido pode ser inserido em um instrumento de processamento (a plataforma contendo ópticos de separação, eletrônicos, software de controle e outros sub-sistemas que a suspensão nunca contata) com uma única operação. O cartucho unitário pode também ser descartado em uma única operação depois do uso. O cartucho pode ser esterilizado depois de montagem toda de uma vez. O cartucho pode ser enviado ao usuário, em uma forma esterilizada, pronta para o uso. A cada cartucho (e portanto todas as superfícies de contato de fluido necessárias para uma única execução de processamento) pode ser dado um código de barras ou outra identificação exclusiva, fazendo todas as partes que representam possíveis fontes de contaminação de produto completamente rastreáveis. Em adição, nenhum resto de fluido necessita ser removido do cartucho em operação. De preferência, resto de fluido pode ser descartado com o descarte do cartucho, sem exigir manipulação separada do resto de fluido. 0 uso de um cartucho unitário de processamento de partícula da presente invenção pode aperfeiçoar isolamento do operador e do produto. Para usar o cartucho para executar uma operação de processamento de partícula, tal como separação de partícula, um usuário pode receber o cartucho vedado e esterilizado a partir do fabricante. 0 usuário pode então levar um cartucho a uma capota de biossegurança, tal como uma capota de fluxo laminar esterilizado, e executa uma operação de esterilização (da maneira de cultura de tecido convencional para esse tipo de amostra) para carregar amostra de célula e reservatórios de envolvente. 0 cartucho é preferencialmente vedado antes e depois dessa operação. 0 usuário coloca o cartucho na plataforma de instrumento de separação. 0 sistema separa as células ou partículas na amostra em uma ou mais das câmaras de retenção no cartucho. 0 usuário remove o cartucho do sistema e colocar o cartucho de volta à capota de biossegurança para remover as amostras processadas através de suas portas de extração. 0 usuário pode então descartar o cartucho usado e os fluidos desnecessários de uma maneira segura. Etapas similares podem ser tomadas para executar outros processos em uma amostra usando um cartucho unitário de processamento de partícula.
Como mostrado na FIG. 4, um cartucho unitário de processamento de partícula 100' de uma modalidade da invenção pode incluir também um filtro de agregação 180 para auxiliar a remover amontoados de células e impedir obstrução do componente de separação. Como mostrado, o filtro de agregação 180 pode ser adicionado à linha (s) de fluido 116 conectando a fonte de célula 112 ao componente de processamento 110. O filtro de agregação 180 pode compreender qualquer material adequado para filtrar uma amostra e pode ser disposta em qualquer localização ao longo de um caminho de fluxo de fluido no cartucho 100'.
Como mostrado na FIG. 5, um cartucho unitário de processamento de partícula 100" de uma outra modalidade da invenção pode incluir um componente para controle de concen-tração/nível de líquido e re-circulação de envolvente depois de executar processamento de partícula usando o componente de processamento 110. 0 cartucho ilustrativo 100" inclui uma bomba 192, 194 e um filtro 182, 184 fluxo abaixo de cada câmara de partícula processada 124A, 124B, respectivamente, que recebe partículas processadas a partir do componente de processamento. As bombas 192 e 194 e filtros 182, 184 facilitam controle de concentração/nível de líquido e re-circulação de um dispositivo de processamento, tal como fluido envolvente, usado para processar as partículas. Os filtros 182, 184 podem ser filtros de fluxo de três portas, por exemplo, filtros de fibra oca, para remover fluido, tal como fluido envolvente, a partir de um caminho de fluido (isto é, a câmara de partícula processada correspondente 124) . 0 sistema assim remove fluido envolvente das câmaras de partícula processada para elevar a concentração de partículas coletadas nas câmaras de partícula processada e para controlar o nível de líquido em cada câmara de partícula processada 124A, 124B. 0 cartucho unitário de processamento de partícula ilustrativo 100" também inclui um componente de re-circulação para re-circular fluido coletado pelos filtros 182, 184. Como mostrado, o fluido em excesso pode ser recoberto (re-circulado) e retornado no reservatório de meio de processamento 114, por exemplo, um reservatório de fluido envolvente, usando um caminho de re-circulação 1121, reservatório de re-circulação 191 e uma bomba 190. 0 reservatório de re-circulação 191 recebe o fluido removido dos filtros 182 e 184, e a bomba 190 retorna o fluido extraído dos filtros 182 e 184 à câmara 114 via caminho de fluido 1121 para reutilizar durante subseqüentes procedimentos de processamento de partícula.
As FIGs. 6A-6D são desenhos CAD de uma modalidade de cartucho unitário de processamento de partícula 200 para separação de partículas. Cada cartucho é formado por uma bandeja de reservatório 151 e uma tampa de reservatório 152. Um sistema de pressão 153 inclui entradas de pressão 155, 156 para aplicar uma pressão a induzir fluxo de fluido através dos caminhos de fluido. Um sistema de bombeamento 154 também facilita fluxo de fluido e inclui cabeças de bomba 158, 15 9. Um filtro 157 no fluxo ascendente do caminho de fluido do componente de separação 120 auxilia a impedir obstruções. Concentrando os filtros 182, 184 fluxo abaixo das câmaras de retenção auxilia a controlar os níveis de concentração de fluido e facilitar a re-circulação de fluido en- volvente. As válvulas 191, 192, 193 e 194, que podem ser a-tivadas por luer, fazem interface com a fonte de célula, reservatório de envolvente e câmaras de retenção para injetar ou remover fluido a partir do cartucho. Respiradouros 187, 188 podem também ser fornecidos. Como mostrado, o cartucho 100 tem um suporte 122 que forma uma região ou reentrância de forma a receber um componente de processamento, ilustrado como um componente de separação 120, tal como os chips de separação descritos na Patente Norte-Americana Número 6.808.075 e o Pedido de Patente Norte-Americana Números Seriais 10/329.008 e 10/664.587, que são incorporados aqui como referência. A invenção não é limitada aos chips de separação ou processos descritos nessas referências.
Como mostrado na FIG. 7, um cartucho unitário de processamento de partícula 1100 de ainda uma outra modalidade da invenção pode incluir um filtro de captura 1120 para filtrar uma linha de re-circulação 1121 a partir de um reservatório de re-circulação 191. Preferencialmente, o filtro de captura 1120 é selecionado para remover partículas selecionadas ou moléculas a partir da linha de re-circulação 1121. O filtro de captura 1120 pode ser removível do cartucho 1100 para permitir análise adicional de componentes capturados neste. Por exemplo, em um cartucho que processa células, o reservatório de re-circulação 191 pode receber supernatante puxado de partículas armazenadas em uma câmara de partícula processada 124 por um filtro 182 e 184. Em uma aplicação, um filtro de captura esterilizado, tal como um filtro de 0,2 mícron, pode ser usado para capturar micróbios no fluido na linha de re-circulação 1121. O filtro de captura esterilizado pode subseqüentemente ser removido do cartucho para teste microbial. Dessa maneira, o teste é mais preciso e reflete uma grande fração de micróbios presentes em uma amostra.
Um filtro de captura esterilizado pode também ser usado para executar limpeza molecular de uma amostra fluindo através do filtro de captura 1120. 0 filtro de captura 1120 pode alternativamente compreender uma pluralidade de pérolas para capturar certos componentes na amostra. A FIG. 8 ilustra uma outra modalidade de componentes de um cartucho unitário de processamento de partícula 2100 para processar células de acordo com a invenção, incluindo um componente de re-circulação de supernatante baseado em bomba. Na modalidade da FIG. 8, um único sistema de re-circulação de supernatante usa um filtro de núcleo oco 1820 e duas bombas peristálticas 1900, 1920. Células passando a-través do sistema de processamento de célula 110 emergem na câmara de amostra processada 124A. liquido contendo células é bombeado através do núcleo do filtro de núcleo oco 1820 e de volta na câmara de amostra processada 124A. Líquido, mas não células, pode passar através das paredes do filtro 1820, assim líquido sem células é direcionado no reservatório de re-circulação 191. Preferencialmente, o reservatório de re-circulação 191 é mantido em pressão atmosférica usando uma porta de pressão a gás 107, e a bomba 1900 direciona líquido (agora sem células) no reservatório de fluido envolvente 114 para reutilização. 0 fluido envolvente é direcionado por uma pressão a gás regulada no sistema de processamento de célula .
Na modalidade ilustrativa, a pressão Ps do sistema de cartucho unitário de processamento de partícula 2100 é relativamente alta, de modo a direcionar fluido envolvente na unidade de processamento de célula. As pressões das portas de pressão a gás 103, 105, as quais respiram a câmara de amostra processada 124A e o reservatório de re-circulação 191, respectivamente, são ambas reguladas em pressão atmosférica .
De acordo com uma outra modalidade, mostrada na FIG. 9, um cartucho unitário de processamento de partícula 3100 incluindo um componente de re-circulação de supernatan-te baseado em bomba pode também incluir um filtro de captura 3180. Em uma modalidade, o filtro de captura 3180 pode compreender uma malha esterilizada de 0,2 μηα capaz de capturar virus e micróbios. Nesse caso, à medida que um circula o sistema, uma porcentagem cada vez maior passa através desse filtro de captura 3180, que coleta uma porcentagem de qualquer micróbio presente na fonte de célula inicial ou fluido envolvente.
Alternativamente ou ao mesmo tempo, o filtro de captura 3180 usado em um cartucho unitário de processamento de partícula pode ter propriedades de retenção molecular. Por exemplo, o filtro de captura pode conter pérolas revestidas com proteína G e proteína A que ligam imunoglobulinas no liquido que o sistema direciona através do filtro de captura 3180. Em tal modalidade, o sistema de circulação "limpa" o liquido de qualquer molécula que pode ser capturada por pérolas de ligação de afinidade apropriada.
Um cartucho unitário de processamento de partícula empregando tal filtro de captura pode ser usado de várias maneiras. Por exemplo, se a unidade de processamento de célula 110 é uma simples câmara de mistura e o fluido envolvente inicial contém anticorpo de rato anti-CD4 ligado a um fluoróforo FITC, a captura pode conter anticorpo anti-rato ligado ao antígeno por pérola e um filtro de 0,2μτη para reter as pérolas. Em tal modalidade, o sistema colore as células de entrada com o anticorpo anti-CD4 e então lava as células coloridas para remover anticorpo não ligado ao antígeno .
Em uma outra aplicação, o filtro de captura 3180 pode compreender um filtro esterilizado de 0,2 μιη feito como um volume removível de aproximadamente um milímetro. O filtro de captura obtém quaisquer micróbios no volume de célula original depois de suficiente circulação. A partir do ponto de detecção de micróbios em um batch de células humanas de modo a liberar as células para uso em terapia de célula (transplante de medula óssea), um litro de células pode ser usado para então concentrar todos os micróbios no um milímetro no filtro de captura, permitindo melhorar a concentração de quaisquer micróbios em 1000 vezes. Tal método torna os ensaios de detecção de micróbio convencionais muito mais rápidos .
De acordo com ainda uma outra modalidade da invenção, mostrada na FIG. 10, um cartucho unitário de processamento de partícula 4100 pode incluir um sistema pneumático de re-circulação de supernatante usando um filtro de núcleo oco 4180 e nenhuma bomba. Esse sub-sistema de um cartucho tem cinco câmaras: uma primeira câmara de amostra processada 124A (retenção 1), uma segunda câmara de amostra processada 124B (retenção 2) acoplada à primeira câmara de processamento de amostra 124A via o caminho de fluido 4182, uma primeira câmara de re-circulação 4191 (re-circulação 1), uma segunda câmara de re-circulação 4192 (re-circulação 2), e uma câmara de envolvente (envolvente) 114.
Todas as câmaras estão preferencialmente em pressões controladas a toda hora. As pressões podem ser controladas usando portas de pressão a gás 4101, 4102, 4103, 4104, 4105 e 4106 conectadas à câmara de envolvente 114, à unidade de processamento de célula 110, à primeira câmara de amostra processada 124A, à segunda câmara de amostra processada 124B, à primeira câmara de re-circulação 4191 e à segunda câmara de re-circulação 4192, respectivamente. Controlando as resistências de fluxo dos caminhos de fluido (isto é, a tubulação) entre as câmaras, a taxa de fluxo é, portanto, controlada. A unidade de processamento de célula 110 é mantida em uma pressão de saida de Pc. A primeira câmara de a-mostra processada 124A está em uma pressão de PK1 que está abaixo de Pc. . O cartucho unitário de processamento de partícula 4100 tem dois estados de fluxo para a primeira câmara de a- mostra processada 124A, a segunda câmara de amostra processada 124B e a primeira câmara de re-circulação 4191. No primeiro estado, a pressão PK1 da primeira câmara de amostra processada está em um primeiro nivel que é maior do que a pressão PK2 da segunda câmara de amostra processada 124B e a pressão Prl da primeira câmara de re-circulação 4191, que são ambas zero.Em um segundo estado, a pressão PK2 da segunda câmara de amostra processada 124B está em um terceiro nivel que é maior do que a pressão Pkl da primeira câmara de amostra processada e a pressão Prl da primeira câmara de re-circulação, que são ambas maiores do que zero.
No primeiro estado, uma amostra compreendendo liquido contendo células flui a partir da primeira câmara de amostra processada 124A até a segunda câmara de amostra processada 124B através do núcleo do filtro 4180. Supernatante a partir da amostra flui através da parede do filtro 4180 na primeira câmara de re-circulação 4191.
No segundo estado, uma amostra compreendendo liquido contendo células flui a partir da segunda câmara de amostra processada 124B à primeira câmara de amostra processada 124A e supernatante também flui através da parede do filtro na primeira câmara de re-circulação 4191.
Em ambos os estado, o supernatante preferencialmente tem a mesma taxa de fluxo na primeira câmara de re-circulação 4191.
Um sistema de controle, que está localizado fora do cartucho 4110, controla as pressões no cartucho para oscilarem entre o primeiro estado e o segundo estado de modo a impedir a primeira ou a segunda câmara de amostra processada a ou transbordar ou drenar. A segunda câmara de re-circulação 4192 é mantida em uma pressão abaixo da primeira câmara de re-circulação 4191 até que esteja cheia, e é então comutada para uma pressão maior do que ambas a primeira câmara de re-circulação 4191 e a câmara de fluido envolvente 114 de modo a direcionar todo o líquido a partir da câmara de re-circulação na câmara de fluido envolvente 114. Então, a segunda câmara de re-circulação 4192 é trazida de volta a uma pressão abaixo da primeira câmara de re-circulação 4191 para re-preenchimento, e o ciclo de injeção de envolvente se repete. Preferencialmente, válvulas de verificação 4195, 4196 estão no lugar nos caminhos de fluido entre a primeira câmara de re-circulação 4191, a segunda câmara de re-circulação 4192 e a câmara de fluido envolvente 4114 para impedir fluxo de retorno .
Esse sistema 4110 tem poucas superfícies ou nenhuma superfície de contato (isto é, bombas peristálticas ou outras bombas mecânicas) que podem danificar células e assim podem aperfeiçoar a produção de células vivas.
As FIGs. 11A-11C ilustram uma aplicação adequada da segunda câmara de amostra processada da modalidade ilustrativa da invenção. Na modalidade das FIGs. 11A-11C, um cartucho unitário 100 é integrado com uma lâmina de múltiplas cavidades. A FIG. 11A é uma vista transversal do cartucho, com câmaras em uma carcaça rígida e um chip 1100 conectado ao cartucho 100 através de tubos flexíveis. O chip 1100 é armazenado para remessa e manuseio em um rígido "receptáculo de chip" 1110 no cartucho 100. 0 receptáculo de chip 1110 é de tamanho e configuração a receber e acoplar o chip 1100 no cartucho.
Na modalidade ilustrativa, o chip 1100 pode ser um chip de vidro micro-fabricado como descrito na Patente Norte-Americana Número 6.808.075 e Pedido de Patente Norte-Americana Números 10/329.008 e 10/664.587, ou uma combinação de um chip micro-fabricado em um pacote plástico não micro-fabricado (suporte de chip) que estão juntos armazenados em um rigido receptáculo de chip e saem desse receptáculo na "máquina operacional" para operação. O chip então se move de volta no receptáculo 1110 quando o processamento da célula está feito e o cartucho é removido para extração do produto e descarte. A FIG. 11B mostra uma modalidade na qual o chip 1100 tem múltiplos tubos de entrada 1122A-E. Uma lâmina de múltiplas cavidades 1140, ilustrada como contendo quatro cavidades, embora mais ou menos possam ser usadas, é localizada ou conectada à câmara de entrada de célula no cartucho, tal que cada tubo recebe células a partir de uma cavidade diferente da lâmina de múltiplas cavidades 1140. Nessa modalidade, uma lâmina de vedação de pressão 1150 pode ser usada para vedar a câmara toda tal que uma única pressão pneumática de acionamento é capaz de acionar múltiplos cavidades de uma vez.
Alternativamente, uma lâmina de vedação 1150' pode ser localizada sobre o topo das cavidades de uma lâmina de múltiplas cavidades, tal que cada cavidade possa ser separadamente acionada, como mostrado na FIG. 11C.
De acordo com uma modalidade, uma lâmina de múltiplas cavidades pode ser fixada a um cartucho unitário de processamento de partícula tal que cada tubo de acesso de célula 1122 seja separadamente vedado em cada cavidade, e a pressão em cada cavidade possa ser separadamente controlada. 0 sistema pode incluir tubos de controle pneumáticos separados para fornecer tal controle separado.
Cartuchos variantes de múltiplas cavidades são também muito apropriados onde um processo de unidade no cartucho é implementado com um chip que tem paralelismo. Por exemplo, se o chip é um arranjo de micro-separador óptico de 96 micro-separadores, o sistema pode direcionar um micro-separador a uma cavidade em uma lâmina de 96 cavidades.
As FIGs. 12A-12D são fotografias de um protótipo de um cartucho unitário de processamento de partícula de uma modalidade ilustrativa da invenção. Como mostrado na FIG. 12A e 12B, um chip de processamento 1100 e um suporte de chip 1110 podem ser conectados a uma carcaça de cartucho de múltiplas câmaras 100 usando tubos flexíveis 1122. A FIG. 13 ilustra uma outra aplicação de um cartucho unitário de processamento de partícula para processar partículas. Na modalidade da FIG. 13, o sistema de cartucho 1300 permite a agregação de uma amostra processada fora do chip. O chip ilustrativo 1310 contém um arranjo de micro-canais de uma escala de largura entre aproximadamente 10 μτα e 400 μτη. 0. suporte de chip 1340 para acoplar o c.hip ao car- tucho 1300 preferencialmente contém câmaras e tubos de uma escala de largura entre aproximadamente 100 μπι a aproximadamente 2 milímetros. O cartucho 1300 contém tubos de uma escala de largura entre aproximadamente 0,5 mm e aproximadamente 10 mm e câmaras de uma escala de volume entre aproximadamente 1 milímetro e aproximadamente 5000 milímetros. A FIG. 13 mostra uma parte cortada de um canal 1322 do chip 1310 para propósitos de ilustração somente. O suporte de chip 1340 inclui câmaras ou canais de agregação 1345 para receber uma amostra processada ou entrada de amostra. As câmaras de agregação 1345 conectam a caminhos de fluido, ilustrados como tubos flexíveis 1360, preferencialmente de escala maior ou equivalente, que por sua vez alimentam a câmaras 1334 no cartucho 1300. Preferencialmente, as câmaras 1334 têm volumes entre aproximadamente 1 milímetro e aproximadamente 5000 milímetros.
Alternativamente, câmaras no suporte de chip 1340 podem conectar um canal no chip 1310 a uma câmara no suporte de chip 134 0, que então conecta a um tubo flexível ou outro caminho de fluido. Uma pluralidade de tubos flexíveis então se agregam em câmaras no cartucho. A modalidade da FIG. 13 assim fornece agregação de amostras paralelizadas processadas separadamente de uma maneira que reduz obstrução.
Em geral, um cartucho unitário de processamento de partícula de uma modalidade ilustrativa da invenção é um ú-nico objeto vedado contra transferência de líquido ou para dentro ou para fora do cartucho, exceto em portas especifi- cas que são somente usadas em um procedimento operacional padrão especifico (SOP) que garante que seu uso não viola o isolamento do interior do cartucho ou vaza amostras interiores no exterior.
Em uma modalidade, o cartucho unitário de processamento de partícula é operado através de ser colocado em uma máquina ou sistema (a "Máquina Operacional") que pode aplicar dispositivos de ativação e sensibilização ao cartucho para executar uma ou mais "operações de processo de unidade" em uma suspensão que foi carregada no cartucho. As o-perações de processo de unidade executadas usando o cartucho podem mudar o estado da suspensão, medir algumas propriedades da suspensão, ambos mudar o estado e medir propriedades selecionadas de uma suspensão, ou executar um outro processo adequado em uma suspensão carregada no cartucho. Exemplos de processos de unidade adequados para uso com o cartucho unitário de uma modalidade ilustrativa da invenção incluem, mas não estão limitados a, medir o número de células em uma suspensão, medir a quantidade de líquido em uma suspensão, medir o tipo de células em uma suspensão, que pode ser uma o-peração de citometria, separar células na suspensão, coletar um sub-conjunto das células em uma suspensão, aquecer as células em uma suspensão, filtrar uma suspensão para aumentar a concentração de células nesta, e mudar o líquido ou seus componentes químicos em uma suspensão. A máquina operacional que opera no cartucho unitário de processamento de partícula pode usar dispositivo de ativação elétrico, mecânico, pneumático, óptico, magnético ou outro dispositivo de sensibilização e ativação adequado conhecido na técnica para executar operações de processo de unidade em uma suspensão no cartucho. Exemplos de dispositivos de ativação ou sensibilização para uso em uma máquina operacional que emprega o cartucho unitário da modalidade ilustrativa da invenção incluem, mas não estão limitados a, dispositivos pneumáticos, dispositivos mecânicos, dispositivos ópticos, dispositivos magnéticos e dispositivos elétricos. Para ativar ou sensibilizar usando um dispositivo pneumático, um gás pode ser injetado através de um filtro esterilizado para direcionar uma suspensão liquida de uma câmara a uma outra ou a partir de uma câmara através de um componente tal como um filtro de tamanho e em ma segunda câmara. Para ativar ou sensibilizar usando um dispositivo mecânico, uma cabeça de bomba peristáltica pode ser construída no cartucho tal que um rotor externo possa se ajustar nessa cabeça e através de rotacionar esse bombeie líquido ou gás de uma câmara a uma outra. Para ativar ou sensibilizar usando um dispositivo óptico, um feixe de luz pode ser disposto em relação ao cartucho para passar através de um micro-canal no cartucho de modo a contar células ou partículas que passam através desse micro-canal e bloqueiam ou espalham de forma transiente a luz em seu caminho para um fotodetector. Para ativar ou sensibilizar usando um dispositivo magnético, um ímã giratório pode ser colocado perto a uma câmara contendo uma barra de agitação magnética convencional, levando essa barra de agitação a rotacionar e agitar ou misturar a suspensão nessa câmara. Para ativar ou sensibilizar usando um dispositivo elétrico, sensores de temperatura ou de pressão de silicone convencionais podem ser construídos no cartucho e seus fios elétricos podem ser conectados através do dispositivo de pinos de contatos externos. A máquina operacional pode então aplicar e ler voltagens para e a partir desses pinos de contato para operar os sensores. Alternativamente, usando um dispositivo elétrico, um dispositivo de armazenamento de dados, que pode ser parte de um micro-controlador ou CPU, digital ou analógico, pode ser construído no cartucho se é conveniente para o próprio cartucho ser dada uma função de registro ou função de inteligência para suportar seu uso ou procedimentos operacionais padrão para manusear o cartucho. Energia para esses dispositivos pode vir da máquina operacional ou pode ser derivada de baterias ou dispositivos de armazenamento de energia elétrica localizados no cartucho unitário. Em uma outra modalidade de um dispositivo mecânico para executar um processo em uma suspensão carregada em um cartucho, duas câmaras podem ser conectadas por um tubo com uma região contendo uma parede suave para formar uma válvula. Então, a máquina operacional pode imprimir em sua região com uma lâmina mecânica ou outro dispositivo adequado para temporariamente ou permanentemente crimpar essa região e seletivamente bloquear fluxo de líquido ou de gás de uma câmara a uma outra. 0 uso do cartucho permite à máquina operacional ser isolada e externa ao sub-sistema de processamento e superfície de contato de fluido. Dessa maneira, a máquina ope- racional pode ser usada repetidamente, enquanto as superfícies de contato de fluido podem ser descartadas. A presente invenção habilita a personalização de um cartucho unitário para otimizar um cartucho para qualquer dado protocolo de processamento de célula através de projetar no cartucho somente os processos de unidade exigidos.
Reagentes químicos, pérolas e/ou partículas que são ou específicos à célula ou protocolo de processamento de partícula ou independentes do protocolo podem ser armazenados e enviados no cartucho para processamento pelo usuário. Alternativamente, as substâncias usadas no processo selecionado podem ser enviadas separadas do cartucho e inseridas no cartucho por um técnico em um estagio intermediário, ou -um usuário final em um estágio final. A presente invenção foi descrita em relação a uma modalidade ilustrativa. Desde que certas mudanças podem ser feitas nas construções acima sem abrir mão do escopo da invenção, é pretendido que todo assunto contido na descrição acima ou mostrado nos desenhos em anexo seja interpretado como ilustrativo e não em um sentido limitante. É também para ser entendido que as seguintes reivindicações são para cobrir todas as características genéricas e específicas da invenção descrita aqui, e todas as determinações do escopo da invenção que, como uma questão de linguagem, deve ser dita cair entre elas.
REIVINDICAÇÕES

Claims (41)

1. Cartucho unitário de processamento de partícula (100, 200) para executar um processo em uma amostra, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um componente de processamento de partícula micro-fluídica (110) para processar uma amostra, o componente de processamento de partícula micro-fluídica incluindo uma entrada para receber a amostra, uma região de processamento de partícula para processar a amostra, e uma ou mais saídas para emitir a partícula processada, o componente de processamento de partícula micro-fluídica tendo pelo menos uma superfície exposta a um ambiente externo que é externo ao cartucho unitário de processamento de partícula; uma ou mais câmaras de fluido (112, 114, 124a, 124b) externas ao componente de processamento de partícula micro-fluídica (110, 120) e em comunicação fluida com cada uma dentre a entrada e as uma ou mais saídas do componente de processamento de partícula micro-fluídica, cada uma das câmaras de fluido incluindo uma ou mais as superfícies de contato de fluido, em que as superfícies de contato de fluido são encapsuladas e vedadas no cartucho unitário de processamento de partícula um ambiente externo; e uma porta de extração de amostra vedável (106, 108) em comunicação fluida com pelo menos um das câmaras de fluido e com o ambiente exterior para extrair uma amostra processada a partir do cartucho unitário de processamento de partícula.
2. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda uma porta de entrada de amostra ve-dável (102) em comunicação fluida com pelo menos uma das câmaras de fluido para inserir uma amostra a ser processada no cartucho unitário de processamento de partícula.
3. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma das câmaras de fluido compreende uma câmara de entrada de amostra (112) para armazenar uma amostra antes do processamento.
4. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma das câmaras de fluido (124a) compreende uma câmara de amostra processada para armazenar uma amostra depois do processamento.
5. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende um filtro (182) disposto fluxo abaixo da câmara de amostra processada (124a) para remover supernatante da câmara de amostra processada (124a).
6. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um caminho de recirculação (1121) para recircular o supernatante removido de volta a um reservatório de fluido envolvente (114) que fornece fluido envolvente ao componente de processamento.
7. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende um filtro de captura (1120) para remover micróbios do supernatante removido.
8. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o filtro de captura (1120) é removível do cartucho para permitir teste microbial do supernatante.
9. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de processamento de partícula micro-fluídica compreende um dispositivo de processamento na região de processamento para processar a amostra.
10. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de processamento de partícula micro-fluídica compreende um componente de separação de partícula disposto na região de processamento para separar partículas em uma amostra tendo uma característica pré-determinada de partículas na amostra que não têm a característica pré-determinada .
11. Método de processamento de uma amostra, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: inserir um cartucho unitário de processamento de partícula conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10 em uma máquina operacional; e instruir a máquina operacional a executar um processo em uma amostra vedada no cartucho unitário de processamento de partícula.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: carregar a amostra no cartucho; e vedar o cartucho antes da dita etapa de inserir um cartucho unitário de processamento de partícula em uma máquina operacional.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende a etapa de: remover uma amostra processada a partir do cartucho unitário de processamento de partícula via uma porta de extração.
14. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende a etapa de: remover restos do cartucho unitário de processamento de partícula via uma porta de extração.
15. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a máquina operacional emprega um dentre dispositivos elétricos, mecânicos, pneumáticos, ópticos e magnéticos para executar um processo de unidade na amostra.
16. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: reagentes químicos para executar um processo na amostra armazenada em uma das uma ou mais câmaras de fluido.
17. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que os reagentes químicos são específicos para uma célula ou protocolo de processamento de partícula a ser executado usando o componente de processamento de partícula.
18. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que os reagentes químicos são independentes de uma célula ou protocolo de processamento de partícula a ser executado usando o componente de processamento de partícula.
19. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que os reagentes químicos compreendem pérolas para executar melhoramento de sub-conjunto ou depleção.
20. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-11 ou 30-33, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente : pérolas usadas para executar uma depleção ou detecção baseada em pérola na amostra, onde as pérolas são armazenadas em uma primeira câmara das uma ou mais câmaras de fluido.
21. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que as pérolas são pérolas magnéticas revestidas com anticorpos anti-CD4 que ligam às células expressando CD4.
22. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que as pérolas se misturam na primeira câmara com uma suspensão de célula aplicada à primeira câmara a partir de uma segunda câmara das uma ou mais câmaras de fluido.
23. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que uma terceira câmara das uma ou mais câmaras de fluido recebe a suspensão de células depois de reação com as pérolas.
24. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de processamento de partícula é um chip de separação de partícula micro-fluídica para executar separação de partículas na amostra baseado em uma característica pré-determinada.
25. Método de processamento de uma amostra, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer um cartucho unitário de processamento de partícula vedado conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1-11 ou 16-24; em uma capota de biossegurança, carregar o cartucho unitário de processamento de partícula vedado com uma amostra a ser processada e um dispositivo de processamento para executar um processo na amostra; inserir o cartucho unitário de processamento de partícula vedado em uma máquina operacional; operar a máquina operacional, em que operar a máquina operacional causa processamento de uma amostra vedada dentro do cartucho unitário de processamento de partícula vedado usando o meio de processamento; remover o cartucho unitário de processamento de partícula vedado da máquina operacional; em uma capota de biossegurança, remover amostra processada do cartucho unitário de processamento de partícula vedado.
26. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo compreende separar partículas baseado em uma característica pré-determinada.
27. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende a etapa de remover restos do cartucho unitário de processamento de partícula vedado.
28. Método, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que reagentes são carregados no cartucho unitário de processamento de partícula vedado antes de carregar a amostra.
29. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de processamento de partícula micro-fluídica compreende um componente de concentração de partí- cuia para aumentar uma concentração da partícula na amostra tendo uma característica predeterminada e um componente de separação de partícula disposto na região de processamento para separar partículas na amostra tendo a característica predeterminada de partículas na amostra que não tem a característica predeterminada.
30. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o cartucho unitário de processamento de partícula possui duas ou mais câmaras rigidamente ligadas.
31. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o componente de processamento de partícula micro-fluídica compreende um componente de mistura para misturar uma partícula na amostra tendo uma característica predeterminada com uma pérola ou reagente.
32. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o cartucho unitário de processamento de partícula inclui um substrato de cartucho definindo a uma ou mais câmaras .
33. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo fato de que em que o componente de processamento de partícula micro-fluídica é integralmente formado relativo ao substrato de cartucho.
34. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 32, CARACTERIZADO pelo fa- to de que em que o componente de processamento de partícula micro-fluídica é fixado relativo ao substrato de cartucho.
35. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 32, CARACTERIZADO pelo fato de que em que o componente de processamento de partícula micro-fluídica é separadamente inserido no e removível do substrato de cartucho.
36. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que em que o componente de processamento de partícula mi-cro-fluídica é intercambiável, e em que o componente de processamento de partícula micro-fluídica é selecionado com base no processo a ser executado na amostra.
37. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que em que o cartucho unitário de processamento de partícula compreende uma pluralidade de componentes de processamento de partícula micro-fluídica.
38. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que em que o componente de processamento de partícula micro-f luídica é um chip de separação micro-fluídica.
39. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que em que o cartucho unitário de processamento de partícula inclui uma bandeja de reservatório e uma tampa de reservatório .
40. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que em que o cartucho unitário de processamento de partícula é adaptado para associação modular com um sistema operacional .
41. Cartucho unitário de processamento de partícula, de acordo com a reivindicação 40, CARACTERIZADO pelo fato de que em que o sistema operacional fornece um dispositivo de acionamento para o componente de processamento de partícula micro-fluídica para o processamento da amostra.
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