BRPI0609544B1 - Dispositivo de detecção, sistema de detecção, e, método - Google Patents

Abstract

dispositivo de detecção, sistema de detecção, e, método. são descritas técnicas para a detecção de múltiplas espécies-alvo em pcr em tempo real (reação em cadeia da polimerase). por exemplo, um sistema compreende um dispositivo de aquisição de dado e um dispositivo de detecção acoplado com o dispositivo de aquisição de dado. o dispositivo de detecção inclui um disco rotativo tendo uma pluralidade de câmaras de processo tendo uma pluralidade de espécies que emitem luz fluorescente em diferentes comprimentos de onda. o dispositivo também inclui uma pluralidade de módulos ópticos removíveis. cada um dos módulos ópticos removíveis é opticamente configurado para excitar as espécies e capturar luz fluorescente emitida pelas espécies em diferentes comprimentos de onda. um feixe óptico de fibras acoplado com a pluralidade de módulos ópticos removíveis transmite a luz florescente a partir dos módulos ópticos para um único detector.

Description

(54) Título: DISPOSITIVO DE DETECÇÃO, SISTEMA DE DETECÇÃO, E, MÉTODO (51) Int.CI.: G01N 21/64; G01N 35/00; C12Q 1/68 (30) Prioridade Unionista: 01/04/2005 US 60/667461, 05/07/2005 US 11/174754 (73) Titular(es): DIASORIN S.P.A.

(72) Inventor(es): WILLIAM BEDINGHAM; PETER D. LUDOWISE; BARRY W. ROBOLE “DISPOSITIVO DE DETECÇÃO, SISTEMA DE DETECÇÃO, E, MÉTODO”

CAMPO TÉCNICO

A invenção refere-se a sistemas de ensaio e, mais particularmente, técnicas para a detecção de múltiplas espécies-alvo usando corantes fluorescentes.

ANTECEDENTES

Sistemas de disco óptico são freqüentemente usados para realizar vários ensaios biológicos, químicos ou bioquímicos. Em um sistema típico, um disco rotativo é usado como um meio para armazenar e processar ? espécimes fluidos, tais como sangue, plasma, soro, urina ou outro fluido.

< Um tipo de análise é a reação em cadeia da polimerase (PCR), que é freqüentemente usada para análise da seqüência de ácidos nucléicos. Em particular, a PCR é freqüentemente usada para seqüenciação de ADN , clonagem, mapeamento genético, e outras formas de análise da seqüência de ácidos nucléicos.

Em geral, a PCR conta com a capacidade de enzimas de cópia de ADN permanecerem estáveis a altas temperaturas. Existem três etapas principais na PCR: desnaturação, hibridização, e extensão. Durante a desnaturação, uma amostra líquida é aquecida a aproximadamente 94°C. Durante este processo, fusões de ADN bicatenário se abrem em ADN unicatenário e todas reações enzimáticas param. Durante a hibridização, o ADN unicatenário é resfriado para aproximadamente 54°C. Nesta temperatura, iniciadores se ligam ou se hibridizam às extremidades dos ramos de ADN. Durante a extensão, a amostra é aquecida para 75 °C. Nesta temperatura, nucleotídios se adicionam aos iniciadores e eventualmente uma cópia complementar da matriz de ADN é formada.

Existe um número de instrumentos de PCR existentes projetados para determinar níveis das seqüências específicas de ADN e ARN na amostra durante a PCR em tempo real. Muitos dos instrumentos são baseados no uso de corantes fluorescentes. Em particular, instrumentos convencionais de PCR de tempo real detectam um sinal fluorescente produzido proporcionalmente durante amplificação de um produto da PCR.

Instrumentos convencionais de PCR de tempo real usam diferentes métodos para detecção de diferentes corantes fluorescentes. Por exemplo, alguns instrumentos convencionais de PCR incorporam fontes de luz branca com rodas de filtro para espectralmente resolver cada corante. As fontes de luz branca são bulbos de halogênio de tungstênio, os quais têm uma vida útil máxima de poucos milhares de horas. As rodas de filtro são ~ tipicamente partes eletromecânicas complicadas que são susceptíveis a < desgaste.

SUMÁRIO

Em geral, a invenção refere-se a técnicas para a detecção de 15 múltiplas espécies-alvo em PCR em tempo real (reação em cadeia da polimerase), referida aqui como PCR multiplex. Em particular, um dispositivo de detecção de fluorescência multiplex é descrito, que incorpora uma pluralidade de módulos ópticos. Cada um dos módulos ópticos pode ser otimizado para detecção de um respectivo corante fluorescente em uma banda discreta de comprimento de onda. Em outras palavras, os módulos ópticos podem ser usados para interrogar múltiplas reações paralelas em diferentes comprimentos de onda. A reação pode, por exemplo, ocorrer no interior de uma única câmara de processo (por exemplo, poço) de um disco rotativo. Adicionalmente, cada módulo óptico pode ser removível para rapidamente alterar as capacidades de detecção do dispositivo.

A pluralidade de módulos ópticos pode ser opticamente acoplada com um único detector por meio de um feixe de fibras ópticas de múltiplas pernas. Desta maneira, a multiplexagem pode ser atingida por meio de uso de uma pluralidade de módulos ópticos e um único detector, por exemplo, um tubo fotomultiplicador. Os componentes ópticos em cada módulo óptico podem ser selecionados para maximizar a sensibilidade e minimizar a quantidade de diafonia espectral, ou seja, sinais a partir de um corante para um outro módulo óptico.

Em uma forma de concretização, um dispositivo compreende um motor para girar um disco tendo uma pluralidade de câmaras de processo cada uma contendo uma respectiva amostra e uma e pluralidade de corantes fluorescentes, uma pluralidade de módulos ópticos, e uma carcaça tendo uma pluralidade de locais adaptados para receber os módulos ópticos, em que cada um dos módulos ópticos inclui um canal óptico tendo uma fonte de luz selecionada para um diferente corante dos corantes e uma lente para capturar < luz fluorescente emitida a partir do disco.

Em uma outra forma de realização, um sistema compreende um dispositivo de aquisição de dado. O sistema também compreende um dispositivo de detecção acoplado com o dispositivo de aquisição de dado, em que o dispositivo de detecção compreende um motor para girar um disco tendo uma pluralidade de câmaras de processo cada uma contendo uma respectiva amostra e uma pluralidade de corantes fluorescentes, e uma carcaça tendo uma pluralidade de locais adaptados para receber os módulos ópticos, em que cada um dos módulos ópticos inclui um canal óptico tendo uma fonte de luz selecionada para um diferente corante dos corantes e uma lente para capturar luz fluorescente emitida a partir do disco.

Em uma forma de realização adicional, um método compreende girar um disco tendo uma pluralidade de câmaras de processo, cada uma tendo uma pluralidade de espécies que emitem luz florescente em diferentes comprimentos de onda, excitar o disco com uma pluralidade de feixes de luz para produzir uma pluralidade de feixes de luz fluorescente emitidos, capturar os feixes de luz fluorescente com uma pluralidade de diferentes módulos ópticos, em que os módulos ópticos removíveis são

I opticamente configurados para os diferentes comprimentos de onda no interior da na carcaça.

A invenção pode prover uma ou mais vantagens. Por exemplo, o projeto modular pode permitir que um técnico rápida e eficientemente troque os módulos de detecção, dependendo das reações particulares sendo realizadas. Além disto, o técnico pode selecionar módulos de detecção que são opticamente otimizados para diferentes reações. Ademais, diferentes combinações de módulos de detecção podem ser instaladas e utilizadas no interior do dispositivo de PCR multiplex, em tempo real.

Embora o dispositivo possa ser capaz de conduzir a PCR em tempo real, o dispositivo pode ser capaz de analisar qualquer tipo de reação biológica enquanto ela ocorre. O dispositivo pode ser capaz de modular a temperatura de cada reação independentemente ou como um grupo selecionado, e o dispositivo pode ser capaz de suportar múltiplos estágios de reação por incluir uma válvula entre duas câmaras. Esta válvula pode ser aberta durante reações através do uso de um laser que fornece uma rajada de energia para a válvula.

Em algumas formas de realização, o dispositivo pode ser portátil e robusto para permitir operação em áreas remotas ou em laboratórios temporários. O dispositivo pode incluir um computador de aquisição de dado para analisar as reações em tempo real, ou o dispositivo pode comunicar o dado para um outro dispositivo através de através de interfaces de comunicação com ligações elétricas ou sem ligações elétricas.

Os detalhes de uma ou mais formas de concretização da invenção são expostos nos desenhos acompanhantes e na descrição abaixo. Outras características, objetivos, e vantagens da invenção ficarão aparentes a partir da descrição e desenhos, a das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama em blocos ilustrando uma forma de concretização de exemplo de um dispositivo de detecção de fluorescência multiplex.

A figura 2 é um diagrama esquemático ilustrando um módulo de detecção de exemplo, o qual pode corresponder a qualquer um de uma pluralidade de módulos de detecção do dispositivo de detecção de fluorescência da figura 1.

A figura 3 é um diagrama em perspectiva ilustrando uma vista frontal de um conjunto de exemplo de módulos ópticos removíveis no interior da carcaça de dispositivo.

A figura 4 é um diagrama em perspectiva ilustrando o conjunto de exemplo de módulos ópticos removíveis no interior da carcaça de dispositivo.

A figura 5 é um diagrama em perspectiva ilustrando uma vista lateral frontal de um conjunto de exemplo de módulos ópticos removíveis tendo um módulo removido para expor um conector de módulo.

As figuras 6A e 6B são diagramas em perspectiva ilustrando os componentes no interior dos módulos ópticos removíveis principais, de exemplo.

As figuras 7A e 7B são diagramas em perspectiva ilustrando os componentes no interior de módulos ópticos removíveis suplementares, de exemplo.

A figura 8 é um diagrama em blocos ilustrando uma forma de realização de exemplo do dispositivo de detecção de fluorescência multiplex em maior detalhe.

A figura 9 é um diagrama em blocos de um único detector acoplado com quatro fibras ópticas do feixe de fibras ópticas.

A figura 10 é um fluxograma ilustrando a operação de exemplo do dispositivo de detecção de fluorescência multiplex.

A figura 11 é um fluxograma ilustrando um método de f i exemplo, se detectando luz e dado de amostragem a partir do disco.

As figuras 12 e 13 mostram os espectros de absorção e emissão de corantes fluorescentes comumente usados, que podem ser utilizados para PCR multiplex.

As figuras 14A e 14B mostram um limite de detecção (LOD) do dado recebido a partir de dois módulos de detecção de exemplo.

A figura 17 é uma captura de tela de exemplo de uma interface de usuário de controle de temperatura.

A figura 18 é uma captura de tela de exemplo de uma interface de usuário de controle óptico.

A figura 19 é uma captura de tela de exemplo de uma interface de usuário de PCR em tempo real.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A figura 1 é um diagrama em blocos ilustrando uma forma de concretização de exemplo de um dispositivo de detecção de fluorescência multiplex 10. No dispositivo ilustrado, o dispositivo 10 tem quatro módulos ópticos 16 que provêm quatro canais para detecção óptica de quatro diferentes corantes. Em particular, o dispositivo 10 tem quatro módulos ópticos 16 que excitam diferentes regiões do disco rotativo 13 em qualquer dado momento, e coletam energia de luz fluorescente emitida em diferentes comprimentos de onda a partir dos corantes. Como um resultado, os módulos ópticos 16 podem ser usados para interrogar múltiplas reações paralelas que ocorrem no interior da amostra 22.

As múltiplas reações podem, por exemplo, ocorrer simultaneamente no interior de uma única câmara de um disco rotativo 13. Cada um dos módulos ópticos 16 interroga a amostra 22 e coleta energia de luz fluorescente em diferentes comprimentos de onda quando o disco 13 gira. Por exemplo, fontes de excitação no interior dos módulos 16 podem ser seqüencialmente ativadas por períodos suficientes para coletar dados nos correspondentes comprimentos de onda. Isto é, um módulo óptico 16A pode ser ativado por um período de tempo para coletar dados em uma primeira faixa de comprimentos de onda selecionada para um primeiro corante correspondendo a uma primeira reação. A fonte de excitação pode então ser desativada, e uma fonte de excitação no interior do modulo 16B pode ser ativada para interrogar a amostra 22 em uma segunda faixa de comprimentos de onda selecionada para um segundo corante correspondendo a uma segunda reação. Este processo continua até que dado tenha sido capturado a partir de todos módulos ópticos 16. Em uma forma de concretização, cada uma das fontes de excitação no interior dos módulos ópticos 16 é ativada por um período inicial de aproximadamente dois segundos para atingir estado estável seguido por um período de interrogação que dura por 10-50 rotações do disco

13. Em outras formas de concretização, as fontes de excitação podem ser seqüenciadas para períodos mais curtos (por exemplo, 1 ou 2 milisegundos) ou períodos mais longos. Em algumas formas de concretização, mais do que um módulo óptico pode ser ativado simultaneamente para concorrente interrogação de amostra 22 enquanto o disco 13 gira.

Embora uma única amostra 22 seja ilustrada, o disco 13 pode conter uma pluralidade de câmaras portando amostras. Os módulos ópticos 16 podem interrogar algumas ou todas das diferentes câmaras em diferentes comprimentos de onda. Em uma forma de concretização, o disco 13 inclui 96 câmaras espaçadas em tomo de uma circunferência do disco 13. Com um disco de 96 câmaras e quatro módulos ópticos 16, o dispositivo 10 pode ser capaz de adquirir dado a partir de 384 diferentes espécies.

Em uma forma de concretização, os módulos ópticos 16 incluem fontes de excitação que são comuns diodos de emissão de luz de alta potência (LEDs), os quais são comercialmente disponíveis em uma variedade de comprimentos de onda e têm longas vidas úteis (por exemplo, conversor de freqüência 100.000 horas ou mais). Em uma outra forma de concretização, ' I i convencionais bulbos de halogênio ou lâmpadas de mercúrio podem ser usados como fontes de excitação.

Como ilustrado na figura 1, cada um dos módulos ópticos 16 pode ser acoplado com uma perna de um feixe de fibras ópticas 14. O feixe de fibras ópticas 14 provê um mecanismo flexível para coleção de sinais de fluorescência a partir dos módulos ópticos 16 sem perda de sensibilidade. Em geral, um feixe de fibras ópticas compreende múltiplas fibras ópticas colocadas lado a lado e ligadas conjuntamente nas extremidades e alojadas em uma camisa de proteção flexível. Alternativamente, o feixe de fibras ópticas 14 pode compreender um menor número de fibras multimodais discretas, de grande diâmetro, ou de vidro ou plástico, tendo uma extremidade comum. Por exemplo, para um dispositivo óptico de quatro módulos, o feixe de fibras ópticas 16 pode compreender quatro fibras multimodais discretas, cada uma tendo um diâmetro de núcleo de 1 mm. A extremidade comum do feixe contém as quatro fibras ligadas conjuntamente. Neste exemplo, a abertura do detector 18 pode ser 8 mm, que é mais do que suficiente para o acoplamento com as quatro fibras.

Neste exemplo, o feixe de fibras ópticas 14 acopla módulos ópticos 16 a um único detector 18. As fibras ópticas transmitem a luz fluorescente coletada por meio dos módulos ópticos 16 e efetivamente fornecem a luz capturada para o detector 18. Em uma forma de concretização, o detector 18 é um tubo fotomultiplicador. Em uma outra forma de concretização, um detector pode incluir múltiplos elementos fotomultiplicadores, um para cada fibra óptica, no interior do único detector. Em outras formas de concretização, um ou mais detectores de estado sólido podem ser usados.

O uso de um único detector 18 pode ser vantajoso na medida que ele permite o uso de um detector altamente sensível e possivelmente caro (por exemplo, um fotomultiplicador), enquanto mantém um custo mínimo em

V:

que somente um único detector precisa ser usado. Um único detector é discutido aqui; todavia, um ou mais detectores podem ser incluídos para detectar um maior número de corantes. Por exemplo, quatro módulos ópticos adicionais 16 e um segundo detector pode ser adicionado ao sistema para permitir a detecção de oito diferentes comprimentos de onda emitidos a partir de um disco. Um feixe óptico de fibras, de exemplo, acoplado com um único detector, para uso com disco rotativo 13, é descrito no Pedido de Patente US No. de Série 11 /174.755, intitulado DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE FLUORESCÊNCIA MULTIPLEX TENDO FEIXE DE FIBRAS ACOPLANDO MÚLTIPLOS MÓDULOS ÓPTICOS A UM DETECTOR COMUM, depositado em 5 de julho de 2005.

Os módulos ópticos 16 são removíveis do dispositivo e facilmente intercambiados por outros módulos ópticos que são otimizados para interrogação em diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, os módulos óticos 16 podem ser fisicamente montados no interior de locais de uma carcaça de módulo. Cada um dos módulos ópticos 16 pode ser facilmente inserido em um local respectivo da carcaça ao longo de guias (por exemplo, fendas rebaixadas) que se conjugam com um ou mais marcações (por exemplo, pinos de guia) do módulo óptico. Cada módulo óptico inclui uma porta de saída óptica (mostrada nas figuras 6A e 7A) para acoplamento com uma perna do feixe óptico de fibras 14. A porta de saída óptica pode ter uma extremidade rosqueada acoplada com um conector rosqueado da perna. Alternativamente, uma forma de conexão rápida pode ser usada (por exemplo, uma conexão deslizável tendo um anel-O e um pino de encaixe) que permite que o feixe óptico de fibras 14 seja deslizavelmente engatado e desengatado da porta de saída óptica. Além disto, cada um dos módulos ópticos 16 pode ter um ou mais contatos elétricos para acoplar eletronicamente a unidade de controle 23 quando totalmente inserida.

A arquitetura modular do dispositivo 10 permite que o dispositivo seja facilmente adaptado para todos dos corantes fluorescentes usados em um dado ambiente de análise, tal como PCR multiplex. Outros produtos químicos que podem ser usados no dispositivo 10 incluem Invader (Third Wave, Madison, Wisconsin), Transcripted-mediated Amplification (GenProbe, San Diego, Califórnia), ensaio imunoabsorvente ligado a enzima, rotulado com fluorescência, (ELISA), ou hibridização por florescência no local (FISH). A arquitetura modular do dispositivo 10 pode prover uma outra vantagem na medida que a sensibilidade de cada módulo óptico 16 pode ser otimizada por meio da escolha da correspondente fonte de excitação (não mostrada) e filtros de excitação e detecção para uma pequena específica faixaalvo de comprimentos de onda a fim de seletivamente excitar e detectar um correspondente corante na reação multiplex.

Para fins de exemplo, o dispositivo 10 é ilustrado em um arranjo multiplex de 4 cores, contudo mais ou menos canais podem ser usados com o apropriado feixe de fibras ópticas 14. Este projeto modular permite que um usuário facilmente atualize o dispositivo 10 no campo por meio de simplesmente adicionar um outro módulo óptico 16 na base 20 e inserção de uma perna de feixe de fibras ópticas 14 no novo módulo óptico. Os módulos ópticos 16 podem ter componentes eletrônicos integrados que identificam os módulos ópticos e descarregam dados de calibração em um módulo óptico de controle interno ou um outro componente eletrônico interno (por exemplo, unidade de controle 23) do dispositivo 10.

No exemplo da figura 1, as amostras 22 são contidas em câmaras do disco 13, que é montado sobre uma plataforma rotativa sob o controle da unidade de controle 23. Um disparador de sensor de fenda 27 provê um sinal de saída utilizados por meio da unidade de controle 23 e aquisição de dado para sincronizar a aquisição de dados com a posição de câmara durante a rotação do disco. O disparador de sensor de fenda 27 pode ser um sensor mecânico ou óptico. Por exemplo, o sensor pode ser um laser 'V··, ? ι que envia um feixe de luz para o disco 13, e a unidade de controle 23 usa um sensor que detecta luz passando através de uma fenda no disco 13 para posicionar as câmaras sobre o disco. Os módulos ópticos 16 podem ser fisicamente montados acima da plataforma rotativa 25. Como um resultado, os módulos ópticos 16 são superpostos com diferentes câmaras em qualquer momento.

O dispositivo de detecção 10 também inclui um elemento de aquecimento (não mostrado) para modular a temperatura da amostra 22 sobre disco 13. O elemento de aquecimento pode compreender um bulbo de halogênio cilíndrico contido em uma caixa reflexiva. A câmara reflexiva é configurada para focalizar radiação a partir do bulbo sobre uma seção radial do disco 13. Geralmente, a área aquecida do disco 13 lembraria um anel quando o disco 13 gira. Nesta forma de concretização, a forma da caixa reflexiva pode ser uma combinação de geometrias elípticas e esféricas que permitem a focagem precisa. Em outras formas de concretização, a caixa reflexiva pode ser de uma diferente forma ou o bulbo pode extensamente irradiar uma maior área. Em outras formas de concretização, a caixa reflexiva pode ser configurada para focalizar a radiação a partir do bulbo sobre uma única área do disco 13, tal como uma única câmara de processo contendo a amostra 22.

Em algumas formas de concretização, o elemento de aquecimento pode aquecer ar e forçar o ar quente sobre uma ou mais amostras para modular a temperatura. Adicionalmente, a amostras podem ser aquecidas diretamente por meio do disco. Neste caso, o elemento de aquecimento pode ser posicionado na plataforma 25 e termicamente acoplar-se com o disco 13. A resistência elétrica no interior do elemento de aquecimento pode aquecer uma selecionada região do disco, quando controlada por meio da unidade de controle 23. Por exemplo, uma região pode conter uma ou mais câmaras, possivelmente o disco inteiro. Um elemento de aquecimento de exemplo para uso com o disco rotativo 13 é descrito no Pedido de Patente US No. de Série 11/1 74.691, intitulado ELEMENTO DE AQUECIMENTO PARA UM DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE FLUORESCÊNCIA MULTIPLEX ROTATIVO, depositado em 5 de Julho de 2005.

Alternativamente, ou em adição, o dispositivo 10 pode também incluir um componente de resfriamento (não mostrado). Um ventilador é incluído no dispositivo 10 para suprir ar frio, ou seja, ar com temperatura ambiente, para o disco 13. O resfriamento pode ser necessário para modular a temperatura da amostra apropriadamente e armazenar amostras após um experimento ter sido completado. Em outras formas de concretização, o componente de resfriamento pode incluir acoplamento térmico entre a plataforma 25 e o disco 13, pois a plataforma 25 pode reduzir sua temperatura quando necessário. Por exemplo, algumas amostras biológicas podem ser armazenadas a 4 graus Celsius para reduzir atividade de enzima ou desnaturação de proteína.

O dispositivo de detecção 10 pode também ser capaz de controlar espécies de reação contidas na câmara de processo. Por exemplo, pode ser benéfico carregar algumas espécies na câmara de processo para gerar uma reação e posterior adição de uma outra espécie na amostra uma vez quando a primeira reação terminou. Um sistema de válvula de orientação a laser pode ser adicionado para controlar uma válvula que separa uma câmara de contenção interna a partir da câmara de processo, de modo a controlar a adição de espécies à câmara durante a rotação do disco 13. Este sistema de válvula de orientação a laser pode ser posicionado no interior de um dos módulos ópticos 16 ou separado a partir dos módulos ópticos. Diretamente abaixo do laser, sob o disco 13, pode estar um sensor de laser para posicionar o laser em relação ao disco 13.

Em uma forma de concretização, o laser é um laser próximo a infravermelhos (NIR) com pelo menos dois ajustes de potência. Sob um ajuste de baixa potência, o sensor de posicionamento de laser pode indicar que o laser está em posição sobre a válvula de câmara por meio do reconhecimento da luz de NIR através de uma fenda no disco 13. Uma vez quando o laser está em posição, a unidade de controle 23 orienta o laser para emitir um breve rajada de alta energia de potência para aquecer a válvula e abri-la. A válvula aberta pode então permitir que o espécime de fluido interno flua a partir da câmara interior para a câmara de processo exterior e conduzir uma segunda reação. Em algumas formas de concretização, o disco 13 pode conter uma pluralidade de válvulas para gerar uma pluralidade de reações em seqüência. Mais do que um conjunto de laser e sensor de laser podem também ser usados quando da utilização de múltiplas válvulas de câmara. Um sistema de controle de válvula de orientação a laser, de exemplo, para uso com o disco rotativo 13, é descrito no Pedido de Patente US No. de Série 11/1 74.957, intitulado SISTEMA DE CONTROLE DE VÁLVULA PARA UM DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE FLUORESCÊNCIA MULTIPLEX ROTATIVO, depositado em 5 de julho de 2005.

O dispositivo de aquisição de dado 21 pode coletar dado a partir do dispositivo 10 para cada corante ou seqüencialmente ou em paralelo. Em uma forma de concretização, o sistema de aquisição de dado 21 coleta o dado a partir de módulos ópticos 16 em seqüência, e corrige a sobreposição espacial por meio de um retardo de disparador para cada um dos módulos ópticos medidos a partir do disparador de sensor de fenda 27.

Uma aplicação para o dispositivo 10 é a PCR em tempo real, contudo as técnicas descritas aqui podem ser estendidas para outras plataformas que utilizam detecção de fluorescência em múltiplos comprimentos de onda. O dispositivo 10 pode combinar rápida ciclagem térmica, utilizando o elemento de aquecimento, e centrifugamente impulsionando microfluidos para isolamento, amplificação, e detecção de ácidos nucléicos. Por fazer uso da detecção de fluorescência multiplex, múltiplas espécies-alvo podem ser detectadas e analisadas em paralelo.

Para a PCR em tempo real, fluorescência é usada para medir a magnitude de amplificação em uma das três técnicas gerais. A primeira técnica é o uso de um corante, tal como Sybr Green (Molecular Probes, Eugene, Oregon), cuja fluorescência se eleva quando da ligação ao ADN bicatenário. A segunda técnica usa sondas fluorescentemente rotuladas cuja fluorescência se altera quando ligada com uma seqüência-alvo amplificada (sondas de hibridização, sondas de gancho para cabelo, etc.). Esta técnica é similar a usar um corante se ligando com o ADN bicatenário, mas é mais específica porque a sonda se ligará somente a uma certa seção da seqüênciaalvo. A terceira técnica é o uso de sondas de hidrólise (Taqman^1M, Applied BioSystems, Foster City Califórnia), em que a atividade de exonuclease do enzima de polimerase divide uma molécula de imersão a partir da sonda durante a fase de extensão de PCR, tornando-a fluorescentemente ativa.

Em cada uma das propostas, a fluorescência é linearmente proporcional à concentração-alvo amplificada. O sistema de aquisição de dado 21 mede um sinal de saída a partir do detector 18 (ou alternativamente opcionalmente amostrado e comunicado por meio da unidade de controle 23) durante a reação de PCR para observar a amplificação em tempo próximo ao real. No PCR multiplex, os múltiplos alvos são rotulados com diferentes corantes que são medidos independentemente. Falando geralmente, cada corante irá ter diferentes espectros de absorvência e emissão. Por esta razão, os módulos ópticos 16 podem ter fontes de excitação, lentes e filtros correlacionados que são opticamente selecionados para interrogação de amostra 22 em diferentes comprimentos de onda.

Alguns exemplos de técnicas de construção ou materiais, adequados, que podem ser adaptados para uso em conexão com a presente invenção podem ser descritos em, por exemplo, na Patente US, comumente cedida, No. 6.734.401, intitulada DISPOSITIVO, SISTEMAS E MÉTODOS

APERFEIÇOADOS DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRA” (Bedingham et al.) e Publicação de Pedido de Patente US No. 2002/0064885 intitulado DISPOSITIVOS DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRAS. Outras construções de dispositivo que podem ser usadas podem ser encontradas em, por exemplo, Pedido de Patente Provisional US No. de Série 60/214.642 depositado em 28 de junho d e 2000 e intitulado “DISPOSITIVOS E MÉTODOS DE PROCESSAMENTO TÉRMICO”; Pedido de Patente Provisional US No. de Série 60/237.072 depositado em 2 de outubro de 2000 e intitulado DISPOSITIVOS, SISTEMAS E MÉTODO DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRAS”; Pedido de Patente Provisional US No. de Série 60/260.063 depositado em 6 de janeiro de 2001 e intitulado DISPOSITIVOS, SISTEMAS E MÉTODO DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRAS”; Pedido de Patente Provisional US No. de Série 60/284.637 depositado em 18 de abril de 2001 e intitulado DISPOSITIVOS, SISTEMAS E MÉTODOS APREFERIÇOADOS DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRA”; e Publicação de pedido de Patente US No. US 2002/0048533 intitulada DISPOSITIVOS E SUPORTES DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRA”. Outras construções de dispositivo potencial podem ser encontradas, por exemplo, na patente US No. 6.627.159 intitulada ENCHIMENTO CENTRÍFUGO DE DISPOSITIVOS DE PROCESSAMENTO DE AMOSTRA” (Bedingham et al.).

A figura 2 é um diagrama esquemático ilustrando um módulo ópticó de exemplo 16A, o qual pode corresponder a qualquer um dos módulos ópticos 16 da figura 1. Neste exemplo, o módulo óptico 16A contém uma fonte de excitação de alta potência, LED 30, uma lente de colimação 32, um filtro de excitação 34, um filtro dicrótico 36, uma lente de focagem 38, um filtro de detecção 40, e uma lente 42 para focar a fluorescência na porta de saída óptica 19 acoplada com uma perna do feixe de fibras ópticas 14.

Conseqüentemente, a luz de excitação a partir de LED 30 é ',/Α-Ι.ί colmatada por meio da lente de colimação 32, filtrada por meio do filtro de excitação 34, transmitida através do filtro dicrótico 36, e focada no interior da amostra 22 por meio da lente de focagem 38. A resultante fluorescência emitida por meio da amostra é coletada pela mesma lente de focagem 38, refletida para fora do filtro dicrótico 36, e filtrada por meio do filtro de detecção 40 antes de ser focada em uma perna do feixe de fibras ópticas 14 acoplado com porta de saída óptica 19. O feixe óptico 14 então transfere a luz para o detector 18.

O LED 30, lente de colimação 32, filtro de excitação 34, filtro dicrótico 36, lente de focagem 38, filtro de detecção 40, e lente 42 são selecionados com base nas específicas bandas de absorção e emissão de corante multiplex, com as quais o módulo óptico 16A deve ser usado. Desta maneira, módulos ópticos múltiplos 16 podem ser configurados e carregados no interior do dispositivo 10 para diferentes corantes-alvo.

A Tabela 1 lista componentes de exemplo que podem ser usados em um dispositivo de detecção de fluorescência multiplex de 4 canais 10 para uma variedade de corantes fluorescentes. FAM, HEX, JOE, VIC, TET, ROX são marcas de Applera, Norwalk, Califórnia, Tamra é uma marca de AnaSpec, San Jose, Califórnia. Texas vermelho é a marca de Molecular Probes. Cy 5 é uma marca de Amersham, Buckinghamshire, Reino Unido.

TABELA 1

Módulo Óptico	LED	Filtro de Excitação	Filtro de Detecção	Corante
1	azul	475 nm	520 nm	FAM, Sybr Green
2	verde	530 nm	555 nm	HEX, JOE, VIC, TET
3	laranja	580 nm	610 nm	TAMRA, ROX, Texas Red
4	vermelho	630 nm	670 nm	Cy 5

Uma vantagem da arquitetura de detecção multiplex modular é a flexibilidade em otimizar a detecção para uma extensa variedade de corantes. Conceitualmente, um usuário pode ter um banco de vários diferentes módulos ópticos que pode ser conectados no dispositivo 10, quando necessário, do qual N pode ser usado a qualquer momento, onde N é o número máximo de canais suportados pelo dispositivo. Por conseguinte, o dispositivo 10 e módulos ópticos 16 podem ser usados com qualquer corante fluorescente e método de detecção de PCR. Um maior feixe de fibras ópticas pode ser usado para suportar um maior número de canais de detecção. Além disto, múltiplos feixes de fibras ópticas podem ser usados com múltiplos detectores. Por exemplo, dois feixes de fibras ópticas, de 4 pernas, podem ser usados com oito módulos ópticos 16 e dois detectores 18.

A figura 3 é um diagrama em perspectiva ilustrando uma vista frontal de um conjunto de exemplo de módulos ópticos no interior da carcaça de dispositivo. No exemplo da figura 3, o dispositivo 10 inclui braço de base 44 e carcaça de módulo 46. O módulo óptico principal 48, módulo óptico suplementar 52 e módulo óptico suplementar 56 são contidos na carcaça de módulo 46. Os módulos ópticos 48,52 e 56 produzem feixes de saída ópticos 49, 53 e 57, respectivamente, que seqüencialmente excitam diferentes câmaras de processo do disco 13. Em outras palavras, os feixes de saída 49, 53 e 57 seguem a curvatura do disco 13 para, cada, excitar a mesma posição radial do disco que contém as câmaras de processo. O disparador de sensor de fenda 27 inclui fonte de luz infravermelha 31, a qual produz luz 35 que é detectada por meio do sensor 33.

Cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56 inclui uma respectiva alavanca de liberação 50, 54 ou 58, respectivamente, para engatar a carcaça de módulo 46. Cada alavanca de liberação pode prover uma tensão para cima para engatar uma respectiva trava formada dentro da carcaça de módulo 46. Um técnico ou outro usuário deprime as alas de liberação 50, 54 ou 58, respectivamente, a fim de destravar e remover o módulo óptico 48, 52 e 56 a partir da carcaça de módulo 46. O leitor de códigos de barras 29 inclui o laser 62 para identificação do disco 13.

O braço de base 44 se estende a partir do dispositivo de detecção 10 e provê suporte para a carcaça de módulo 46 e módulos ópticos

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48, 52 e 56. A carcaça de módulo 46 pode ser seguramente montada no topo do braço de base 44. A carcaça de módulo 46 pode conter um local adaptado para receber um módulo respectivo dos módulos ópticos 48, 52 e 56. Embora descrita para finalidade de exemplo com respeito à carcaça de módulo 46, a carcaça de módulo 46 do dispositivo de detecção 10 pode ter uma pluralidade de locais para recepção dos módulos ópticos 48, 52 e 56. Em outras palavras, uma carcaça separada não precisa ser usada para os módulos ópticos 48, 52 e 56.

Cada local da carcaça de módulo 46 pode conter uma ou mais pistas ou guias que ajudam a corretamente posicionar o módulo óptico associado no interior do local quando um técnico ou outro usuário insere o módulo óptico. Estas guias podem ser posicionadas ao longo do topo, fundo, ou lados de cada um dos locais. Cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56 pode incluir guias ou pistas que se conjugam com as guias ou pistas dos locais da carcaça de módulo 46. Por exemplo, a carcaça de módulo 46 pode ter guias salientes que se conjugam com guias rebaixadas nos módulos ópticos 48, 52 e 56.

Em algumas formas de realização, a carcaça de módulo 46 pode não encerrar completamente cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56. Por exemplo, a carcaça de módulo 46 pode prover pontos de montagem para segurar cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56 ao braço de base 44, mas porções ou todo de cada módulo óptico podem ser expostas. Em outras formas de realização, a carcaça de módulo 46 pode encerrar completamente cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56. Por exemplo, a carcaça de módulo 46 pode incluir uma única porta que se fecha sobre os módulos ópticos 48, 52 e 56, ou uma porta respectiva para cada um dos módulos. Esta forma de realização pode ser apropriada para aplicações onde os módulos são raramente removidos ou o dispositivo de detecção 10 é sujeito a condições ambientais extremas.

Um técnico pode facilmente remover qualquer um dos módulos ópticos 48, 52 e 56, e pode ser completado por meio do uso de apenas uma mão. Por exemplo, o técnico pode repousar seu dedo indicador sob um lábio moldado localizado abaixo da alavanca de liberação 54 do módulo óptico 52. O polegar do técnico pode então pressionar para baixo a alavanca de liberação 54 para liberar o módulo óptico 52 a partir da carcaça de módulo 46. Quando está apreendendo o módulo óptico 52 entre o polegar e o dedo indicador, o técnico pode puxar para trás sobre o módulo óptico para remover o módulo óptico a partir do dispositivo de detecção 10. Outros métodos podem ser usados para remover qualquer um dos módulos ópticos 48, 52 e 56, incluindo métodos que utilizam a remoção com as duas mãos. A inserção de qualquer um dos módulos ópticos 48, 52 e 56 pode ser efetuada em uma maneira reversa com uma ou duas mãos.

No exemplo da figura 3, os componentes de dois módulos ópticos são combinados para formar o módulo óptico principal 48. O módulo óptico principal 48 pode conter fontes de luz que produzem dois diferentes comprimentos de onda de luz e detectores para detectar cada diferente comprimento de onda de fluorescência a partir das amostras no disco 13. Por conseguinte, o módulo óptico principal 48 pode conectar-se a duas pernas do feixe óptico de fibras 14. Desta maneira, o módulo óptico principal 48 pode ser observado como um módulo óptico de dois canais tendo dois canais independentes de excitação e coleção ópticas. Em algumas formas de realização, o módulo óptico principal 48 pode conter componentes ópticos para mais do que dois módulos ópticos. Em outros casos, a carcaça de módulo 46 contém uma pluralidade (por exemplo dois ou mais) módulos ópticos de um canal, tais como os módulos ópticos suplementares módulo óptico 52 e 56.

Como ilustrado na figura 3, o módulo óptico principal 48 pode também conter componentes para um sistema de controle de válvula de laser hL Λ (posicionado no interior do módulo óptico principal 48). O sistema de controle de válvula de laser 51 detecta o local do disco 13 por meio de uma pequena fenda posicionada próxima à borda externa do disco 13. Um detector (não mostrado) detecta luz de laser de baixa potência 55 para mapear o local do disco 13 com respeito ao motor que gira o disco. A unidade de controle 23 usa o mapa para localizar as válvulas (não mostradas) sobre o disco 13.

O sistema de controle de válvula de laser 51 focaliza a luz de laser 55 sobre as válvulas que separam as câmaras de contenção em direção ao centro do disco 13 a partir das câmaras de processo próximas à borda externa do disco 13. Quando os conteúdos das câmaras de contenção devem ser movidas para as câmaras de processo associadas, o sistema de controle de válvula de laser 51 aplica a luz de laser 55 para aquecer uma válvula que separa as câmaras, causando com que a válvula se abra e provendo comunicação de fluido entre as duas câmaras. Em particular, quando uma vez a válvula está aberta, os conteúdos a partir da câmara de contenção interna podem então fluir em direção à câmara de processo externa quando o disco 13 está girando. O dispositivo de detecção 10 pode então monitorar a subsequente reação na câmara de processo. Os conteúdos dentro de uma câmara podem incluir substâncias em um estado fluido ou sólido.

Em algumas formas de realização, o sistema de controle de válvula de laser 51 pode ser contido em um módulo óptico de único canal, por exemplo, o módulo óptico suplementar 54 ou o módulo óptico suplementar 56. Em outras formas de realização, o sistema de controle de válvula de laser 51 pode ser montado no dispositivo de detecção 10 separadamente de qualquer um dos módulos ópticos 48, 52 e 56. Neste caso, o sistema de controle de válvula de laser 51 pode ser removível e adaptado para engatar em um local dentro da carcaça de módulo 46 ou em uma diferente carcaça do dispositivo de detecção 10.

No exemplo da figura 3, o disparador de sensor de fenda 27 é posicionado próximo aos módulos removíveis, em qualquer lado do disco 13. Em uma forma de realização, o disparador de sensor de fenda 27 contém uma fonte de luz 31 para emitir luz infravermelha (IR) 35. O detector 33 detecta a luz IR 35 quando a fenda no disco 13 permitir que a luz passe através do disco para o detector 33. A unidade de controle 23 pode usar esta informação para sincronizar o local do disco 13 quando ele está girando, com dado a partir dos módulos ópticos 48, 52 e 56. Em algumas formas de realização, o disparador de sensor de fenda 27 pode se estender a partir do braço de base 44 para atingir a borda externa do disco 13 durante a operação do dispositivo 10. Em outras formas de realização, um detector mecânico pode ser usado para detectar a posição do disco 13.

O leitor de códigos de barras 29 usa o laser 62 para ler um código de barras localizado na borda lateral do disco 13.0 código de barras identifica o tipo de disco 13 para permitir a operação apropriada do dispositivo 10. Em algumas formas de realização, o código de barras pode identificar o disco atual para assistir a um técnico em rastrear dado para amostras específicas a partir de múltiplos discos 13.

Todos componentes de superfície dos módulos ópticos 48, 52 e 56 podem ser construídos de um polímero, compósito ou liga de metal. Por exemplo, poliuretano de alto peso molecular pode ser usado na formação dos componentes de superfície. Em outros casos, uma estrutura de liga de alumínio ou de fibra de carbono pode ser criada. Em qualquer caso, o material pode ser resistente a calor, fadiga, tensão e corrosão. Como o dispositivo de detecção 10 pode entrar em contato com materiais biológicos, as estruturas podem ser esterilizáveis na eventualidade de os conteúdos de câmara escaparem para fora do disco 13.

A figura 4 é um diagrama em perspectiva ilustrando um conjunto de exemplo de módulos ópticos removíveis 48, 52 e 56 no interior da carcaça de módulo 46 do dispositivo de detecção 10. No exemplo da figura

4, o braço de base 44 suporta o leitor de códigos de barras 29 bem como os módulos ópticos removíveis 48, 52 e 56 fixados no interior da carcaça de módulo 46. O disco 13 é posicionado abaixo dos módulos ópticos 48, 52 e 56 com as câmaras de processo posicionadas sob um respectivo percurso óptico de cada um dos módulos em diferentes momentos no tempo.

No interior da carcaça de módulo 46, as frontes do módulo suplementar 56 e módulo óptico principal 48 podem ser vistas. O módulo suplementar 56 contém o lábio moldado 59 e alavanca de liberação 58. Como previamente descrito, o lábio moldado 59 pode ser usado para apreender o módulo suplementar 56 quando da remoção ou inserção do módulo na carcaça de módulo 46. Todos dos módulos ópticos 48, 52 e 56 podem ter um respectivo lábio moldado e alavanca de liberação, ou uma única alavanca de liberação pode ser usada para remover todos dos módulos ópticos. Em algumas formas de realização, os módulos ópticos 48, 52 e 56 podem conter um componente diferente para apreensão do módulo. Por exemplo, cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56 pode conter um manipulo para remoção do respectivo módulo em uma direção vertical ou horizontal a partir da carcaça de módulo 46.

O local dos módulos ópticos 48, 52 e 56 no interior da carcaça de módulo 46 pode ser fixado para separadamente excitar diferentes amostras no interior do disco 13 em qualquer momento particular no tempo. Por exemplo, o módulo óptico principal 48 pode ser posicionado ligeiramente mais longe na direção ao braço de base 44 do que os módulos ópticos suplementares 52 e 56, os quais são deslocados para um local em qualquer lado do módulo principal. Além disto, os módulos ópticos 48, 52 e 56 podem ser deslocados em uma direção horizontal (indicada pela seta na figura 4, onde X é a distância em que os feixes de luz exteriores são deslocados a partir dos feixes de luz interiores) de modo que os feixes de luz de excitação produzidos por meio dos módulos seguem a curvatura do disco 13. Neste arranjo, os feixes de luz produzidos pelos módulos ópticos 48, 52 e 56 atravessam o mesmo percurso quando o disco 13 gira, desta maneira excitando e coletando luz a partir das câmaras de processo posicionada ao longo do percurso. Em outras formas de realização, os módulos ópticos 48, 52 e 56 são alinhados de modo que os feixes de luz de excitação atravessam diferentes percursos ao redor do disco rotativo 13.

Neste exemplo, o braço de base 44 contém a placa de contato elétrico 66 que se estende para o interior da carcaça de módulo 46. No interior da carcaça de módulo 46, a placa de contato elétrico 66 pode conter contatos elétricos para cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56. A placa de contato elétrico 66 pode ser eletricamente acoplada com a unidade de controle 23. Em algumas formas de realização, cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56 pode ter uma placa de contato elétrico associada, separada, a qual é conectada com a unidade de controle 23.

O acoplador óptico de fibras 68 acopla uma perna do feixe óptico de fibras 14 com uma porta de saída óptica do módulo óptico 56. Embora não mostrado, cada um dos módulos ópticos 48, 52 e 56 inclui uma porta de saída óptica, adaptada para engatar um respectivo acoplador óptico de fibras montado na carcaça de módulo 46. A conexão entre o acoplador óptico de fibras 68 e a perna do feixe óptico de fibras 14 pode ser uma trava de parafuso rosqueada, fecho rápido ou ajuste por fricção.

O leitor de códigos de barras 29 produz luz de laser 64 para leitura do código de barras do disco 13. A luz de laser 64 segue um percurso direto onde ela interage com a borda externa do disco 13. A luz 64 pode se espalhar para cobrir uma grande área do disco 13 em um instante. O leitor de códigos de barras 29 lê o código de barras sobre o disco 13 quando o disco está girando a baixas velocidades. Em outras formas de realização, o leitor de códigos de barras 29 pode ler o código de barras periodicamente durante a operação para ter certeza que um novo disco não foi carregado no dispositivo

10. O leitor de códigos de barras 29 pode detectar mais do que um código de barras sobre o disco 13, em outras formas de realização.

Em algumas formas de realização, o braço de base 44 pode ser móvel com respeito ao disco 13. Neste caso, o braço de base 44 poderia ser configurado para detectar amostras sobre discos diferentemente dimensionados ou amostras posicionadas em um interior do disco 13. Por exemplo, um maior disco contendo mais câmaras de processo ou maiores câmaras de processo podem ser usados por meio do movimento do braço de base 44 para mais longe afastando-se do centro do disco 13. A carcaça de módulo 46 pode também ter uma posição configurável para cada um dos módulos ópticos 48, 52 ou 56 de modo que cada módulo pode ser móvel para um ou mais percursos circulares de câmaras de processo ao redor do disco 13.

A figura 5 é um diagrama em perspectiva ilustrando uma vista lateral frontal de um conjunto de exemplo de módulos ópticos removíveis tendo um módulo removido para expor um conector de módulo. Em particular, a carcaça de módulo 46 não e mostrada na figura 5, e o módulo óptico 56 foi removido para expor os módulos 52 e 48 com as conexões para o módulo óptico 56 removido.

A alavanca de liberação 58 (figura 3) para o módulo óptico 56 seguramente se fixa à viga de fixação 69 montada no braço de base 44. Neste exemplo, a viga de fixação 69 se estende para o interior do módulo óptico 56 e se acopla com a alavanca de liberação 58. Em outras formas de realização, outros mecanismos de fixação podem ser usados para fixar o módulo óptico 56 no braço de base 44, tal como um parafuso ou dispositivo de fixação rápida.

O braço de base 44 provê duas diferentes conexões operacionais dentro da carcaça de módulo 46 para recepção e engate do módulo óptico 56, uma vez inserido. Em particular, o braço de base 44 provê a placa de contato elétrico 66, a qual inclui conexões elétricas 70 para acoplamento com os contatos elétricos (não mostrados) contidos no módulo óptico 56. As conexões elétricas 70 permitem que a unidade de controle 23 se comunique com componentes elétricos dentro do módulo 56. Por exemplo, o módulo 56 pode incluir circuitos elétricos, hardware, firmware, ou qualquer combinação dos mesmos. Em um exemplo, os componentes elétricos internos podem armazenar e fornecer para a unidade de controle 23 informação de identificação única, tal como um número de série. Altemativamente, ou em adição, os componentes elétricos podem prover informação que descrevem as características específicas dos componente ópticos contidos no módulo removível 56. Por exemplo, os componentes elétricos podem incluir memória exclusivamente de leitura programável (PROM), memória-flash, ou outros meios de armazenagem internos ou removíveis. Outras formas de realização podem incluir um conjunto de resistores, um circuito ou um processador embutido para fornecer uma assinatura única dos módulos ópticos 48, 52 ou 56 para a unidade de controle

23. Em um outro exemplo, o módulo óptico 56 pode incluir uma fonte de laser e outros componentes que formam parte de um sistema de controle de válvula de laser, isto é, sistema de controle de válvula de laser 51.

A placa de contato elétrico 66 pode ser removida e substituída por uma outra versão associada com um diferente módulo óptico removível. Esta opção pode suportar atualizações na capacidade do dispositivo. Em outras formas de realização, as conexões 70 podem conter mais ou menos pinos de conexão.

Em adição, o braço de base 44 e a carcaça de módulo 46 provêm o canal óptico 72 no interior do local para recepção do módulo óptico 56. O canal óptico 72 é conectado com o acoplador óptico de fibras 68 (figura 4) que forma uma interface com uma perna do feixe óptico de fibras 14. O canal óptico 72 insere-se em um local dentro do módulo óptico 56. A luz capturada por meio do módulo óptico 56 pode ser orientada através do canal

óptico 72, acoplador óptico de fibras 68 e 15 para o detector. Guarnições entre estas conexões podem ser estanques para assegurar que luz não escape ou entre no percurso óptico.

Em algumas formas de realização, as conexões com o módulo óptico 56 podem ser dispostas em uma configuração diferente. Por exemplo, as conexões podem ser posicionadas em uma outra posição para a aceitação do módulo óptico 56 a partir de uma outra direção. Em outras formas de realização, as conexões elétricas podem ser posicionadas em um lado do módulo óptico 56, ao passo que uma conexão óptica é posicionada sobre uma segunda superfície do módulo 56. Em qualquer caso, as conexões elétricas e ópticas posicionadas dentro do local da carcaça de módulo 46 acomodam um módulo óptico removível, isto é, o módulo óptico 56, neste exemplo.

As conexões ópticas e elétricas do módulo 56 descrito na figura 5 podem ser usadas com qualquer módulo, incluindo os módulos ópticos 48 e 52. Em adição, as conexões para cada módulo óptico podem não ser idênticas. Uma vez que as conexões podem ser modificadas para acoplamento com um módulo óptico removível desejado, as conexões utilizadas por qualquer módulo óptico particular inserido em um local particular da carcaça de módulo 46 podem variar a qualquer tempo.

A figura 6A é um diagrama em perspectiva ilustrando os componentes dentro de um módulo óptico principal removível 48A. No exemplo da figura 6A, o módulo óptico principal 48A inclui a alavanca de liberação 50, pino de pivô 51 e trava 74. A carcaça interna 78 separa cada lado do módulo 48A e contém o suporte de contatos elétricos 80 conectado com a faixa 81. Os componentes ópticos incluem o LED 82, lente de colimação 84, filtro de excitação 86, filtro dicrótico 88, lente de focagem 90, filtro de detecção 92 e lente 94. A porta de saída óptica 17 acopla-se com uma perna do feixe óptico de fibras 14. Um conjunto separado de componentes ópticos para um segundo canal óptico (não mostrado) é posicionado no outro lado da carcaça interna 78. Em adição, o módulo principal 48A inclui o conector 96, diodo de laser 98 e lente de focagem 100 como parte de um sistema de controle de válvula de laser 51 controlado pela unidade de controle 23.

A alavanca de liberação 50 é fixada no módulo óptico principal 48A por meio de um pino de pivô 61. O pino de pivô 61 permite que a alavanca de liberação 50 gire ao redor do eixo geométrico do pino. A alavanca de liberação 50 é deprimida, o braço 63 gira no sentido anti-horário para elevar a trava 74. Uma vez quando a trava 74 é elevada, o módulo óptico principal 48A pode ser liberado para a remoção a partir da carcaça de módulo 46. Pode existir uma mola ou outro mecanismo mantendo uma força de aperto contra a alavanca de liberação 50 para manter a trava 74 em uma posição para baixo. Em algumas formas de realização, uma mola pode ser incluída ao redor do pino de pivô 61 para prover um braço de momento que mantém a trava 74 na posição para baixo, ou travada. Em outras formas de realização, outros mecanismos de montagem podem ser adicionado ou usados no lugar da alavanca descrita. Por exemplo, o módulo óptico principal 48A pode ser fixado na carcaça de módulo 46 por meio de um ou mais parafusos ou pinos.

A placa de montagem 76 pode ser instalada dentro do módulo óptico 48A para fixação da faixa de comunicação 81 e LED 82. A faixa 81 é conectada com o suporte de contatos elétricos 80 e provê uma conexão entre o suporte e os componentes elétricos no interior do módulo óptico 48A. O suporte de contatos 80 e faixa 81 podem transmitir a informação requerida para ambos lados do módulo óptico principal 48A, incluindo o sistema de controle de válvula de laser 51c qualquer memória interna ou outro meio de armazenagem. A faixa 81 pode ser flexível para entrecruzamento dentro do módulo óptico 48A. A faixa 81 pode conter uma pluralidade de fios eletricamente condutores para comunicar sinais entre os componentes elétricos e a unidade de controle 23 e/ou para fornecer energia para os /Uh componentes elétricos. Em algumas formas de realização, cada componente elétrico pode ter um cabo separado conectando o componente com a unidade de controle 23. Um técnico pode precisar desconectar um cabo ou circuito de flexão a partir da carcaça de módulo 46 quando da remoção do módulo óptico

48A a partir da carcaça.

Em algumas formas de realização, o módulo óptico 48A pode conter um detector para detectar luz a partir do disco 13 e componentes eletrônicos para processamento e armazenagem dos dados. Os componentes eletrônicos podem conter um circuito de telemetria para transmissão sem fios de dados que representam a luz detectada para a unidade de controle 23. A comunicação sem fio pode ser realizada por luz infravermelha, freqüência de rádio, Bluetooth, ou outra técnica de telemetria. O módulo óptico 48A pode também incluir uma bateria para acionar os componentes eletrônicos, a qual pode ser recarregável por meio da unidade de controle 23.

O LED 82 é afixado na placa de montagem 76 e eletricamente acoplado com a faixa 81. O LED 82 produz luz de excitação 49 de um predeterminado comprimento de onda para excitar a amostra 22. Após a luz 49 sair do LED 82, a luz é expandida por meio da lente de colimação 84 antes de a luz entrar no filtro de excitação 86. A luz 49 de uma banda de comprimento de onda é passada pelo filtro dicrótico 88 e é focada sobre uma amostra por meio da lente de focagem 90. A luz 49 excita a amostra e a fluorescência é coletada por meio da lente de focagem 90 e fornecida para o filtro de detecção 92 por meio do filtro dicrótico 88. A resultante banda de comprimento de onda de luz é coletada por meio da lente 94 e fornecida para a porta de saída óptica 17 onde a luz fluorescente entra em uma perna do feixe óptico de fibras 14 para a transmissão para o detector 18.

A carcaça interna 78 pode suportar todos componentes incluídos na excitação da amostra e detecção de luz fluorescente emitida por meio da amostra para um comprimento de onda selecionado. No outro lado da

Υ· carcaça interna 78, uma configuração similar de componentes ópticos pode ser incluída para produzir luz de um diferente comprimento de onda e detectar o correspondente diferente comprimento de onda fluorescente. A separação de cada lado pode eliminar a contaminação de luz a partir de um lado, entrando no canal óptico do outro lado.

Alojados parcialmente entre cada lado do módulo 48A podem estar os componentes do sistema de controle de válvula de laser 51, incluindo o conector 96, díodo de laser 98 e lente de focagem 100. A carcaça interna 78 pode prover suporte físico para estes componentes. A faixa 81 é conectada com o conector 96 para comunicar sinais de acionamento e energia para a fonte de laser. O díodo de laser 98 é conectado como conector 96 e produz a energia de laser 55 usada para abrir as válvulas sobre o disco 13.0 díodo de laser 98 fornece esta luz quase infravermelha (NIR) para a lente de focagem 100 para orientar a energia de laser 55 para válvulas específicas sobre o disco 13. Um sensor de NIR pode ser posicionado abaixo do disco 13 para posicionamento de particulares válvulas que precisam ser abertas. Em outras formas de realização, estes componentes podem ser alojados separadamente a partir dos componentes ópticos.

Em algumas formas de realização, a lente de emissão 98 e lente de focagem 100 do sistema de controle de válvula de laser 51 podem ser contidas em um módulo óptico de um canal, tal como os módulos ópticos suplementares 52 e 56 (figura 3).

A figura 6B é um diagrama em perspectiva ilustrando os componentes dentro de um diferente módulo óptico, substancialmente similar à figura 6A. O módulo óptico 48B inclui muitos dos mesmos componentes que o módulo óptico 48A. As diferenças incluem a porca 85, circuito flexível 87 e conector de circuito 89.

O módulo óptico 48B não requer um mecanismo de trava para fixação na carcaça de módulo 46. Altemativamente, a porca 85 é rosqueada e é engatada por meio de um perno rosqueado conjugado, fixado através da carcaça de módulo 46. Uma vez apertado, o módulo óptico 48B é seguramente fixado no dispositivo de detecção 10. Em outras formas de realização, um diferente dispositivo de fixação pode ser usado. Por exemplo, um pino ou pista pode travar o módulo óptico 48B no local.

O circuito flexível 87 provê a conexão elétrica entre os componentes do módulo óptico 48B com a unidade de controle 23. O circuito flexível 87 é flexível para se mover entre múltiplos locais. O conector de circuito flexível 89 é acoplado com o circuito flexível 87 e provê uma conexão segura entre o módulo óptico 48B. O conector de circuito flexível 89 tem que ser desengatado para a remoção completa do módulo óptico 48B a partir da carcaça de módulo 46.

A figura 7A é um diagrama em perspectiva ilustrando os componentes no interior de um módulo óptico suplementar, de exemplo, o qual pode ser facilmente removido ou inserido no dispositivo de detecção 10. No exemplo da figura 7A, o módulo óptico 56A inclui alavanca de liberação 58, pino de pivô 59 e trava 102, de modo similar ao módulo óptico principal 48A. O módulo óptico 56A também inclui suporte de contatos elétricos 106 conectado com a faixa 107. A faixa 107 pode também ser conectada com a placa de montagem 104. Similarmente ao módulo óptico principal 48A, os componentes ópticos incluem o LED 108, lente de colimação 110, filtro de excitação 112, filtro dicrótico 114, lente de focagem 116, filtro de detecção 118 e lente 120. A porta de saída óptica 19 se acopla com uma perna do feixe óptico de fibras feixe óptico de fibras 14.

A alavanca de liberação 58 é fixada no módulo óptico 56A por meio de um pino de pivô 65. O pino de pivô 65 permite que a alavanca de liberação gire ao redor do eixo geométrico do pino. Quando a alavanca de liberação 58 é deprimida, o braço 67 gira no sentido anti-horário para elevar a trava 102. Uma vez quando a trava 102 está elevada, o módulo óptico 56A ί ί pode ser liberado para remoção a partir da carcaça de módulo 46. Pode existir uma mola ou outro mecanismo mantendo uma força de aperto contra a alavanca de liberação 58 para manter a trava 102 em uma posição abaixada. Altemativamente, uma mola pode ser posicionada acima da trava 102. Em algumas formas de realização, uma mola pode ser incluída em torno do pino de pivô 65 para prover um braço de momento que mantém a trava 102 na posição abaixada, ou travada. Em outras formas de realização, outros mecanismos de montagem podem ser adicionados ou usados, em lugar da alavanca descrita. Por exemplo, o módulo óptico 56A pode ser fixado na carcaça de módulo 46 por meio de um ou mais parafusos ou pinos.

A placa de montagem 104 pode ser instalada no interior do módulo óptico 56A para fixação da faixa de comunicação 107 e LED 108. A faixa 107 é conectada com o suporte de contatos elétricos 106 e provê uma conexão entre o suporte e componentes elétricos no interior do módulo óptico 5 6A. O suporte de contatos 106 e faixa 117 podem transmitir as informações requeridas para a operação dos componentes ópticos. A faixa 107 pode ser flexível para entrecruzamento no interior do módulo óptico 56A. A faixa 107 pode conter uma pluralidade de fios eletricamente condutores para comunicar sinais entre os componentes e unidade de controle 23 e/ou fornecer energia para os componentes elétricos. Em algumas formas de realização, cada componente elétrico pode ter um cabo separado conectando o componente com a unidade de controle 23. Um técnico pode precisar desconectar um cabo ou circuito flexível a partir da carcaça de módulo 46 quando da remoção do 56a a partir da carcaça.

Em algumas formas de realização, o módulo óptico 56A pode conter um detector para detectar luz a partir do disco 13 e componentes eletrônicos para processamento e armazenagem dos dados. Os componentes eletrônicos podem conter um circuito de telemetria para a transmissão sem fio de dados que representam a luz detectada para a unidade de controle 23. A comunicação sem fio pode ser realizada por meio de luz infravermelha, freqüência de rádio, Bluetooth, ou outra técnica de telemetria.

O módulo óptico 56A pode também incluir uma bateria para acionar os componentes eletrônicos, a qual pode ser recarregável pela unidade de controle 23.

O LED 108 é afixado na placa de montagem 104 e eletricamente acoplado com a faixa 107. O LED 108 produz luz de excitação 101 de um predeterminado comprimento de onda para excitar a amostra 22. Após a luz 101 sair do LED 108, a luz é expandida por meio da lente de colimação 110 antes de a luz entrar no filtro de excitação 112. A luz 101 de uma banda de comprimento de onda é passada pelo filtro dicrótico 114 e é focada sobre uma amostra por meio da lente de focagem 116. A luz 101 excita a amostra e a fluorescência é coletada por meio da lente de focagem 116 e fornecida para o filtro de detecção 118 por meio do filtro dicrótico 114. A resultante banda de comprimento de onda de luz é coletada por meio da lente 120 e fornecida para a porta de saída óptica 17 onde a luz fluorescente coletada entra em uma perna do feixe óptico de fibras 14 para a transmissão para o detector 18.

O módulo óptico suplementar 56A pode também conter os componentes do sistema de controle de válvula de laser 51.0 sistema de controle de válvula de laser 51 pode ser o único sistema usado dentro do dispositivo 10 ou um de uma pluralidade de sistemas de controle de válvula de laser. Os componentes usados para este sistema podem ser similares aos componentes descritos no módulo óptico 48A da figura 6A.

Os componentes do módulo óptico suplementar 56A podem ser similares a qualquer módulo óptico suplementar ou qualquer módulo óptico usado para emitir e detectar uma banda de comprimento de onda de luz. Em algumas formas de realização, os componentes podem ser alterados em configuração para acomodar diferentes aplicações experimentais. Por exemplo, qualquer um dos módulos ópticos pode ser modificado para ser inserido a partir de uma direção diferente ou para ser colocado dentro do dispositivo em uma diferente posição com respeito ao disco 13. Em qualquer caso, os módulos ópticos podem ser removidos para prover flexibilidade de modificação para o dispositivo 10.

A figura 7B é um diagrama em perspectiva ilustrando os componentes dentro de um diferente módulo óptico suplementar, substancialmente similar à figura 7A. O módulo óptico 56B inclui muitos dos mesmos componentes que o módulo óptico 56A. As diferenças incluem porca 91, circuito flexível 93 e conector de circuito flexível 95.

O módulo óptico 56B não requer um mecanismo de trava para fixação na carcaça de módulo 46. Alternativamente, a porca 91 é rosqueada e é engatada por meio de um pemo rosqueado conjugado, fixado através da carcaça de módulo 46. Uma vez apertado, o módulo óptico 56B é seguramente fixado no dispositivo de detecção 10. Em outras formas de realização, um diferente dispositivo de fixação pode ser usado. Por exemplo, um pino ou pista pode travar o módulo óptico 56B no local.

O circuito flexível 93 provê a conexão elétrica entre componentes do módulo óptico 56B com a unidade de controle 23. O circuito flexível 93 é flexível para se mover entre múltiplos locais. O conector de circuito flexível 95 é acoplado com o circuito flexível 93 e provê uma conexão segura entre o módulo óptico 56B. o conector de circuito flexível 95 tem que ser desengatado para a remoção completa do módulo óptico 56B a partir da carcaça de módulo 46.

A figura 8 é um diagrama de blocos funcional do dispositivo de detecção de fluorescência multiplex 10. Em particular, a figura 8 indica as conexões elétricas entre componentes de dispositivo e os percursos gerais de luz através dos componentes. No exemplo da figura 8, o dispositivo 10 inclui pelo menos um processador 122 ou outra lógica de controle, memória 124, λ / motor de disco 126, fonte de luz 30, filtro de excitação 34, lente 38, filtro de detecção 40, lente de coleta 42, detector 18, disparador de sensor de fenda 27, interface de comunicação 130, elemento de aquecimento 134, laser 136 e fonte de energia 132. Como mostrado na figura 3, a lente 38 e lente de coleta 42 não precisam ser eletricamente conectadas com um outro componente. Ademais, a fonte de luz 30, filtros 34 e 40, lente 38 e lente de coleta 42 são representativos de um módulo óptico 16. Embora não ilustrado na figura 8, o dispositivo 10 pode conter módulos ópticos adicionais 16, como descrito previamente. Neste caso, cada módulo óptico adicional pode incluir componentes dispostos substancialmente similarmente como aqueles mostrados na figura 8.

A luz segue certo percurso através de vários componentes na figura 8. Uma vez quando luz é emitida pela fonte de luz 30, ela entra no filtro de excitação 34 e sai como luz de um comprimento de onda discreto. Ela então passa através da lente 38, onde ela deixa o dispositivo de detecção 10 e excita a amostra 22 no interior de uma câmara de processo (não mostrada). A amostra 22 por fluorescência em um diferente comprimento de onda, em cujo instante esta luz fluorescente entra na lente 38 e é filtrada por meio do filtro de detecção 40. O filtro 40 remove luz de fundo dos comprimentos de onda fora da fluorescência desejada a partir da amostra 22. A luz remanescente é enviada através da lente de coleta 42 e entra em uma perna do feixe óptico de fibras 14 antes de ser detectada por meio do detector 18. O detector 18 subseqüentemente amplifica o sinal de luz recebido.

Processador 122, memória 124 e interface de comunicação 130 podem scr parte da unidade de controle 23. O processador 122 controla o motor de disco 126 para rodar ou girar o disco 13, quando necessário, para coletar informação de fluorescência ou mover fluido através do disco 13. O processador 122 pode usar informação e posição de disco recebida a partir do disparador de sensor de fenda 27 para identificar o local das câmaras sobre o

J'/ disco 13 durante a rotação e sincronizar a aquisição de dado de fluorescência recebido a partir do disco.

O processador 122 pode também controlar quando a fonte de luz 30 no interior do módulo óptico 16 é ligada e desligada. Em algumas formas de realização, o processador 122 controla o filtro de excitação 34 e filtro de detecção 40. Dependendo da amostra sendo iluminada, o processador 122 pode alterar o filtro para permitir que um diferente comprimento de onda de luz de excitação atinja a amostra ou um diferente comprimento de onda de fluorescência para atingir a lente de coleta 42. Em algumas formas de realização, um ou ambos os filtros podem ser otimizados para a fonte de luz 30 do particular módulo óptico 16 e não alterável pelo processador 122.

A lente de coleta 42 é acoplada com uma perna do feixe óptico de fibras 14 que provê um percurso óptico para a luz a partir da lente de coleta para o detector 18. O processador 122 pode controlar a operação do detector 18. Embora o detector 18 possa estar constantemente detectando toda luz, algumas formas de realização podem utilizar outros modos de aquisição. O processador 122 pode determinar quando o detector 18 coleta dado e pode programaticamente ajustar outros parâmetros de configuração do detector 18. Em uma forma de realização, o detector 18 é um tubo fotomultiplicador que captura informação de fluorescência a partir de luz provida pela lente de coleta 42. Em resposta, o detector 18 produz um sinal de saída 128 (por exemplo, um sinal de saída analógico) representativo da luz recebida. Embora não mostrado na figura 8, o detector 18 pode concurrentemente receber luz a partir de outros módulos ópticos 16 do dispositivo 10. Neste caso, o sinal de saída 128 eletricamente representa uma combinação da entrada óptica recebida pelo detector 18 a partir dos vários módulos ópticos 16.

O processador 122 pode também controlar fluxo de dados a partir do 10. Dado, tal como fluorescência amostrada a partir do detector 18, temperatura das amostras a partir do elemento de aquecimento 134 e sensores correlacionados, e informação de rotação de disco, podem ser armazenadas na memória 124 para a análise. O processador 122 pode compreender qualquer uma ou mais de um microprocessador, processador de sinal digital (DSP), circuito integrado de aplicação específica (ASIC), arranjo de porta programável no campo (FPGA), ou outros circuitos lógicos digitais. Além disto, o processador 122 provê um ambiente de operação para firmware, software, ou combinações dos mesmos, armazenados em um meio legível por computador, tal como memória 124.

A memória 124 pode incluir uma ou mais memórias para armazenagem de uma variedade de informação. Por exemplo, uma memória pode conter parâmetros de configuração específicos, instruções executáveis, e uma pode conter dado coletado. Por conseguinte, o processador 122 pode usar dado armazenados na memória 124 para controlar a operação e calibração do dispositivo. A memória 124 pode incluir qualquer uma ou mais de uma memória de acesso randômico (RAM), memória exclusivamente de leitura (ROM), ROM programável apagável eletronicamente (EEPROM), memóriaflash, ou similar.

O processador 122 pode adicionalmente controlar o elemento de aquecimento 134. Com base nas instruções contidas no interior da memória 124, o elemento de aquecimento 134 pode ser seletivamente impelido para controlar a temperatura de uma ou mais câmaras de acordo com os desejados perfis de aquecimento. Geralmente, o elemento de aquecimento aquece uma seção radial do disco 13 quando o disco gira. O elemento de aquecimento 134 pode compreender um bulbo de halogênio e refletor para focar energia térmica sobre uma área específica do disco 13. Em outras formas de concretização, o elemento de aquecimento 134 pode aquecer uma ou mais câmaras seqüencialmente. Esta forma de concretização requerería que o disco 13 fosse estacionário enquanto que uma câmara é aquecida. Em qualquer forma de concretização, o elemento de aquecimento 134 pode ser

capaz de ser ligado e desligado de forma extremamente rápida, quando necessário.

O laser 136 é usado para controlar a abertura de válvula, o que permite que os conteúdos de uma câmara interna fluam para uma outra câmara sobre o disco 13, por exemplo, um poço de reação ou câmara de processo. O processador 122 e hardware de suporte aciona o laser 136 para seletivamente abrir válvulas específicas contidas com o disco 13. O processador 122 pode interagir com um sensor de laser abaixo do disco 13 para determinar a posição do laser em relação à válvula desejada. Quando em posição, o processador 122 fornece sinais para orientar o laser 136 para produzir uma rajada de energia dirigida para a válvula. Em alguns casos, a rajada pode demorar aproximadamente 0,5 segundos, ao passo que outras formas de concretização podem incluir tempos de abertura de menor ou maior duração. Uma duração de energia de laser e pulso pode ser controlada por meio do processador 122 através da comunicação com o laser 136.

O processador 122 utiliza a interface de comunicação 130 para comunicar-se com sistema de aquisição de dado 21. A interface de comunicação 130 pode incluir um único método ou combinação de métodos para transferir dados. Alguns métodos podem incluir uma porta de barra coletora universal serial (USB) ou porta IEEE 1394 para conectividade por hardware com altas taxas de transferência de dados. Em algumas formas de concretização, um dispositivo de armazenagem pode ser diretamente fixado a uma destas portas para armazenagem de dados para o posterior processamento. Os dados podem ser pré-processados por meio do processador 122 e prontos para a visualização, ou os dados brutos podem precisar ser complementarmente processados antes da análise poder começar.

Comunicações com o dispositivo de detecção 10 podem também ser efetuadas por meio de comunicação de freqüência de rádio (RE) ou uma conexão de rede de área local (LAN). Além disto, a conectividade pode ser atingida por meio de conexão direta ou através de um ponto de acesso à rede, tal como um Hub ou roteador, o qual pode suportar ligações por fio ou sem fio. Por exemplo, o dispositivo de detecção 10 pode transmitir dados em uma certa freqüência de RF para recepção pelo visado dispositivo de aquisição de dado 21.0 dispositivo de aquisição de dado 21 pode ser um computador de finalidades gerais, um computador tipo Notebook, um dispositivo de computação portátil, ou um dispositivo específico de aplicação. Ademais, múltiplos dispositivos de aquisição de dado podem receber os dados simultaneamente. Em outras formas de concretização, o dispositivo de aquisição de dado 21 pode ser incluído com o dispositivo de detecção 10 como um sistema integrado de detecção e aquisição.

Em adição, o dispositivo de detecção 10 pode ser capaz de descarregar software atualizado, dados de calibração a partir de um dispositivo remoto através de uma rede, tal como a Internet. A interface de comunicação 130 pode também permitir que o processador 122 monitore relatório de inventário de quaisquer falhas. Se ocorrerem problemas operacionais, o processador 122 pode ser capaz de fornecer informação de erro para assistir a um usuário na solução dos problemas por meio da provisão de dados operacionais. Por exemplo, o processador 122 pode prover informação para ajudar o usuário a diagnosticar um elemento de aquecimento falho ou um problema de sincronização.

A fonte de energia 132 fornece energia de operação para os componentes do dispositivo 10. A fonte de energia 132 pode utilizar eletricidade a partir de uma saída elétrica padrão de 115 Volt ou incluir uma bateria e um circuito de geração de energia para produzir a energia de operação. Em algumas formas de concretização, a bateria pode ser recarregável para permitir uma operação estendida. Por exemplo, o dispositivo 10 pode ser portátil para detecção de amostras biológicas em uma emergência, tal como uma área de desastre. O recarregamento pode ser

Τ efetuado através da saída elétrica de 115 Volt. Em outras formas de concretização, baterias tradicionais podem ser usadas.

A figura 9 é um diagrama funcional em blocos do único detector 18 acoplado com quatro fibras ópticas do feixe de fibras ópticas.

Nesta forma de concretização, o detector 18 é um tubo fotomultiplicador.

Cada perna do feixe de fibras ópticas 14, fibra óptica 14A, fibra óptica 14B, fibra óptica 14C e fibra óptica 14D, se acopla com uma interface de entrada óptica 138 do detector 18. Desta maneira, luz transmitida por meio de qualquer uma das fibras ópticas 14 é provida para uma única interface de entrada óptica 138 do detector 18. Em algumas formas de concretização, cada perna de feixe de fibras ópticas 14 pode ser de um diferente diâmetro, comprimento, ou ambos. Por exemplo, a fibra óptica 14A pode ser maior em diâmetro para transmitir mais luz para o detector 18 do que as outras fibras ópticas da óptica de fibras 14. A interface de entrada óptica 138 provê a luz agregada para o multiplicador de elétrons 140. O ânodo 148 coleta os elétrons e produz um correspondente sinal analógico na qualidade de sinal de saída.

Em outras palavras, como mostrado, as fibras ópticas 14 se ajustam no interior da abertura óptica para o detector 18. Conseqüentemente, o detector 18 pode ser usado para detectar luz a partir de cada perna do feixe óptico 14 simultaneamente. A interface de entrada óptica 138 provê a luz para o multiplicador de elétrons 140. Para um tubo fotomultipl icador, os fótons a partir das fibras ópticas primeiramente se chocam contra um cátodo fotoemissor, o qual, por sua vez, libera fotoelétrons. Os fotoelétrons então caem em cascata por meio do choque de uma série de dínodos, mais fotoelétrons sendo emitidos quando do contato com cada dínodo. O resultante grupo de elétrons tem, essencialmente multiplicados, os pequenos sinais de luz originalmente transmitidos pelas fibras ópticas 14. O elevado número de elétrons final mente é coletado pelo ânodo 58. Esta corrente a partir do ânodo

142 é transferida por meio de uma corrente para o amplificador de tensão 144 como um como um sinal de saída analógico que é representativo dos sinais de fluorescência óptica a partir da amostra provida por meio da pluralidade de módulos ópticos 16.

A unidade de controle 23 inclui um conversor de analógico para digital (A/D) 146 que converte o sinal analógico para uma corrente de dados digitais amostrados, isto é, um sinal digital. O processador 122 recebe o sinal digital e armazena o dado amostrado na memória 124 para comunicação com o dispositivo de aquisição de dado 21, como descrito acima. Em algumas formas de concretização, conversor de A/D 146 pode ser contido no detector 18, em lugar de no na unidade de controle 23.

Desta maneira, um único detector 18 pode ser utilizado para coletar toda a luz que vem do feixe óptico 14 e produzir um sinal representativo da mesma. Uma vez quando o sinal é amplificado pelo amplificador 144 e convertido em um sinal digital, ele pode ser digitalmente separado em dados que correspondem à luz coletada por meio de cada um dos módulos ópticos individuais 16. O sinal inteiro (ou seja, agregado) pode ser separado por faixa de freqüência em cada sinal detectado representativo de cada fluorescência. Estas freqüências podem ser separadas por meio de um filtro digital aplicado por meio do dispositivo de aquisição de dado 21 ou dentro do dispositivo 10.

Em outras formas de concretização, o sinal amplificado pode ser separado por freqüência usando filtros analógicos e enviado para canais separados antes do conversor de A/D 146. Cada canal pode então ser separadamente digitalizado e enviado para o dispositivo de aquisição de dado. Em qualquer caso, o único detector é capaz de capturar toda informação de fluorescência a partir de cada módulo óptico 16. O dispositivo de aquisição de dado 21 pode então desenhar e analisar o sinal adquirido a partir de cada câmara de disco 13 em tempo real sem a necessidade de múltiplos detectores.

Í.7

Em algumas formas de concretização, o detector 18 pode não ser um tubo fotomultiplicador. Em geral, o detector 18 pode ser qualquer tipo de dispositivo de detecção analógico ou digital, capaz de capturar luz a partir de múltiplas pernas de um mecanismo de fornecimento óptico, ou seja, feixe de fibras 14, e produzir uma representação transmissível da luz capturada.

A figura 10 é um fluxograma ilustrando a operação do dispositivo de detecção de fluorescência multiplex 10. Inicialmente, um usuário especifica parâmetros de programa no dispositivo de aquisição de dado 21 ou através de uma interface com unidade de controle 23 (148). Por exemplo, estes parâmetros podem incluir uma velocidade e período de tempo para girar o disco rotativo 13, definir perfis de temperatura para a reação, e locais de amostra sobre o disco 13.

A seguir, o usuário carrega o disco 13 em um dispositivo de detecção 10 (150). Quando da fixação do dispositivo 10, o usuário inicia o programa (152), causando com que a unidade de controle 23 inicie a girar o disco (154) na taxa especificada. Após o disco ter começado a girar, dois processos simultâneos podem ocorrer.

Primeiramente, um dispositivo de detecção 10 inicia a detectar fluorescência a partir da luz de excitação (156) produzida por meio de uma ou mais reações no interior de uma ou mais amostras. O detector 18 amplifica os sinais de fluorescência a partir de cada amostra, que são sincronizados com cada respectiva amostra e tempo em que a fluorescência foi emitida (158). Durante este processo, o processador 122 salva os dados capturados na memória 124 e pode comunicar os dados para o dispositivo de aquisição de dado 10 em tempo real para monitorar o progresso de operação e para o processamento adicional (160). Alternativamente, o processador 122 pode salvar os dados no dispositivo 10 até que o programa esteja completo. O processador 122 continua a detectar fluorescência das amostras e salvar dados até que o programa esteja completo (74). Estando a operação é completa, a unidade de controle 23 pára o giro do disco (164).

Durante este processo, a unidade de controle 23 monitora a temperatura de disco (166) e modula o disco, ou cada amostra, para atingir a temperatura visada para este momento (168). A unidade de controle 23 continua a monitorar e controlar a temperaturas até que o programa esteja completo (170). Estando uma vez a operação completa, a unidade de controle 23 mantém a temperatura das amostras em uma temperatura de armazenagem visada, usualmente 4 graus Celsius (172).

A operação de dispositivo 10 pode variar com respeito ao exemplo da figura 10. Por exemplo, as revoluções por minuto do disco podem ser modificadas por todo o programa, e o laser 55 pode ser utilizado para abrir as válvulas entre as câmaras no disco para permitir múltiplas reações. As etapas podem ocorrer em qualquer ordem na operação, dependendo do programa definido pelo usuário.

A figura 11 é um fluxograma ilustrando um método de exemplo, se luz de detecção e dado de amostragem a partir do disco. Inicialmente, um usuário especifica quais módulos irão detectar a fluorescência a partir do disco 13, e a unidade de controle 23 gira sobre o LED de um módulo (149). Uma vez quando o LED se aqueceu para o estado estável, a unidade de controle 23 gira o disco 13 por uma rotação na taxa de aproximadamente 1470 revoluções por minuto (151). Durante esta rotação, o módulo coleta luz fluorescente a partir das câmaras de processo do disco 13 (153), e a unidade de controle 23 coloca 16 amostras a partir de cada câmara de processo na memória BIN associada com cada câmara de processo (155).

Se o disco 13 tiver que ser girado em uma outra rotação (157), a unidade de controle 23 executa uma outra revolução do disco 13 (151). Se 16 revoluções tiverem sido amostradas, o módulo completou a detecção com o LED. Por conseguinte, cada câmara de processo foi amostrada por um total de 256 vezes e o dispositivo de aquisição de dado 21 integra as amostras para criar um histograma de cada câmara de por. A unidade de controle 23 gira o

LED para fora (159). Se um outro módulo tiver que ser usado para continuar a detecção (161), a unidade de controle 23 gira sobre o próximo LED de módulo (149). Se outros módulos não são necessários para coletar dado, a unidade de controle 23 descontínua a coleta de dado a partir do disco 13.

Em algumas formas de realização, cada câmara de por pode ser amostrada por mais ou menos vezes. A unidade de controle 23 pode girar o disco 13 em uma taxa mais rápida para prover resultados mais rápidos ou girar o disco 13 mais lentamente para adquirir mais amostras. Em outras formas de realização, os LEDs de dois ou mais módulos podem ser ligados para detectar fluorescência simultaneamente em múltiplos comprimentos de onda.

Exemplo

As figuras 12 e 13 mostram os espectros de absorção e emissão dos corantes fluorescentes comumente usados que podem ser utilizados com o dispositivo 10 para PCR multiplex. Nestes exemplos, os máximos de absorção dos corantes variam de 480-620 nm, e os máximos de emissão resultantes variam de 520-670 nm. Os sinais para cada corante na figura 12 são numerados como FAM 144, Sybr 176, JOE 178, TET 180, HEX

182, ROX 184, Tx Red 186, e Cy5 188. Os sinais na figura 13 são FAM 190,

Sybr 192, TET 194, JOE 196, HEX 198, ROX 200, Tx Red 202, e Cy5 204. FAM, HEX, JOE, VIC, TET, ROX são marcas de Applera, Norwalk, Califórnia. Tamra é uma marca de AnaSpec, San Jose, e Califórnia. Texas Red é uma marca de Molecular Probes. Cy 5 é uma marca de Amersham,

Buckinghamshire, Reino Unido.

Em um exemplo, um disco de 96 câmaras foi cheio com diferentes concentrações de corantes FAM e ROX diluídos em neutralizador de reação PCR padrão. Quatro réplicas de cada corante foram adicionadas em uma série de diluição de 2x, partindo de 200 nM FAM e 2000 nM ROX.

Cada volume de amostra foi 10 pL. A câmara 82 tinha uma mistura de 5 liL de 200 nM de FAM e 5 pL de 2000 nM de ROX. O dispositivo 10 foi construído como um dispositivo de detecção PCR multiplex, de dois canais, tendo dois módulos ópticos 16 para detecção dos corantes.

O primeiro módulo óptico (o módulo óptico de FAM) continha um LED azul, filtro de excitação de 475 nm e um filtro de detecção de 520 nm. O segundo módulo óptico (o módulo óptico de ROX) continha um LED verde com um filtro de excitação de 560 nm e um filtro de detecção de 610 nm. Uma outra opção seria incorporar um LED laranja e um filtro de excitação em 580 nm para otimizar a detecção de ROX.

Uma análise de PCR foi conduzida, e sinais de fluorescência a partir das amostras foram multiplexados em um feixe de fibras ópticas bifurcado, O feixe de fibras foi interfaceado com um único detector, especificamente um tubo fotomultiplicador (PMT). Dado foi coletado por meio de uma placa de aquisição de dado da National Instruments (DAQ) interfaceada com um programa de aquisição de dado Visual Basic executando em um computador de finalidade geral. Dado foi adquirido enquanto o disco estava girando em 1000 revoluções por minuto (nominalmente). O módulo óptico de FAM e o módulo óptico de ROX foram seqüencialmente usados para interrogar as amostras. Cada exploração consistiu de uma média de 50 rotações. O dado bruto a partir dos dois módulos ópticos é mostrado nas figuras 14A e 14B.

O gráfico na figura 14A foi adquirido por meio do acionamento do LED no módulo óptico de FAM, e o gráfico em 14B foi adquirido por meio do acionamento do LED no módulo óptico de ROX.

Durante a análise, o dado coletado mostrou claramente que existiu um defasagem de tempo associado com módulos ópticos que estão fisicamente posicionados sobre diferentes câmaras em qualquer instante. Um valor de defasagem foi calculado por meio da determinação da defasagem de tempo entre os módulos ópticos 1 e 2 para uma câmara particular, ou seja, câmara 82 neste caso. Em outras palavras, a defasagem de tempo indica a quantidade retardo de tempo entre dado capturado pelo módulo óptico de

FAM e dado capturado por meio do módulo óptico de ROX para a mesma câmara.

A figura 15 é um gráfico que mostra o dado integrado de defasagem subtraída para cada câmara. FAM é indicado por meio de barras marcadas fechadas, ROX é indicado por meio de barras abertas, e o dado de ROX é posicionado sobre o dado de FAM data. Os dados mostraram que não existiu sinal do corante ROX no módulo óptico 1 e não existiu sinal do corante FAM no módulo óptico 2. Existiu um fundo mais elevado o módulo óptico 1, o qual pode ser retificado por meio do uso de um conjunto otimizado de filtros. O dado foi analisado para determinar o limite de detecção (LOD), descrito como o sinal equivalente ao nível de ruído na linha de base. O nível de ruído na linha de base foi definido como a média de dez explorações de uma câmara de peça em bruto mais 3 vezes o desvio padrão.

O LOD foi determinado por meio de um ajuste linear de mínimos quadrados do sinal integrado registrado contra a concentração dos padrões FAM e ROX. O LOD dos módulos ópticos de FAM e ROX foram calculados para ser 1 e 4 nM, respectivamente, como mostrado nas figuras 16Ae 16B.

A figura 17 é uma captura de tela de exemplo de um de uma de uma interface de usuário de controle de temperatura. A tela de controle de temperatura 250 é destacada e mostra os controles de temperatura 252. O gráfico de tempo 254 fornece leituras de temperatura enquanto que o indicador de estado 256 exibe informação geral. A janela de mensagem 258 exibe comandos quando do funcionamento do dispositivo de detecção 10.

O técnico pode selecionar a tela de controle de temperatura 250 para visualizar informação de temperatura a partir do dispositivo 10. A tela de controle de temperatura 250 é uma de várias telas que podem ser selecionadas para exibir informação associada com a operação da unidade de controle 23 ou do dispositivo de aquisição de dado 21. A tela 250 inclui controles de temperatura 252 que exibem informação numérica para o técnico. O gráfico de temperatura 254 exibe informação de temperatura gráfica como um gráfico de temperatura como uma função do tempo. Em algumas formas de realização, o técnico pode manualmente alterar os valores posicionados dentro dos controles de temperatura 252.

O indicador de estado 256 é sempre visível para o técnico. O 10 indicador de estado 256 exibe tempos operacionais relevantes, número de ciclo, temperatura e outra informação importante. A janela de mensagem 258 exibe comandos correntes para a unidade de controle 23. A janela 258 inclui uma barra de deslocamento para a localização de qualquer comando fornecido para a unidade de controle 23 durante a operação do dispositivo 10. Em algumas formas de realização, a janela de mensagem 258 pode exibir informação de erro ou outra informação importante para o técnico.

A figura detector 18 é uma captura de tela de uma interface de usuário de controle. A tela de controle 260 é destacada e mostra gráfico de sinal 262. O histograma 264 mostra o sinal integrado de cada câmara de processo. A tela 260 também inclui a janela de mensagem 266 e controle de defasagem 268.

O gráfico de sinal 262 exibe dados ópticos brutos detectados pelo dispositivo de detecção 10. O sinal exibido no gráfico 262 é o sinal bruto a partir dos módulos ópticos 48, 52 ou 56 e inclui ciclos que correspondem à alteração de sinal entre câmaras de processo. O técnico pode alterar o controle de defasagem 268 para conjugar o depósito de sinal em depósitos apropriados representando cada câmara de processo com a forma de onda de sinal. A perda de sinal entre cada pico representa a detecção de luz a partir do disco 13 entre cada câmara de processo. O sinal correspondente é integrado para ! <;

produzir o histograma 264 que exibe o sinal detectado a partir de cada uma das 96 câmaras de processo. A unidade de controle 23 integra 16 amostras a partir de uma câmara de processo em cada uma de 16 rotações do disco 13. O histograma 264, por conseguinte, contém 256 amostras dos conteúdos em cada câmara de processo de amostras. Em algumas formas de realização software pode automaticamente ajustar o controle de defasagem 268 por meio do reconhecimento de elementos da forma de onda do sinal bruto. A janela de mensagem 266 exibe informação de comando e mensagens de erro relativas ao controle óptico e detecção de luz.

A figura 19 é uma captura de tela exemplificativa de uma interface de usuário de PCR em tempo real. A tela de dado 270 é destacada e mostra o histograma 272 e gráfico de produto 274. A tela 270 mostra dado em tempo real sendo coletado a partir das câmaras de processo do disco 13. O histograma 272 exibe o sinal integrado para cada câmara de processo, enquanto que o gráfico de produto 274 exibe a quantidade de produto amplificado como uma função de número de ciclo. Em outras formas de realização, os resultados para as câmaras de processo podem variar sob diferentes aplicações.

Claims (25)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Dispositivo de detecção, caracterizado pelo fato de que compreende:

   um motor (126) para girar um disco (13) tendo uma 5 pluralidade de câmaras de processo cada uma portando uma respectiva amostra (22) e um ou mais corantes fluorescentes; os ditos corantes fluorescentes tendo emissão em um comprimento de onda diferente; uma pluralidade de módulos ópticos (16), um detector (18);

   10 um feixe de fibras ópticas (14) acoplado à pluralidade de módulos ópticos (16) para trnasmitir a luz fluorescente da pluralidade de módulos ópticos (16) para o detector (18); e uma carcaça (46) tendo uma pluralidade de locais adaptados para receber os módulos ópticos (16);

   15 em que cada um dos módulos ópticos (16) inclui um canal óptico tendo uma fonte de luz (30) selecionada para excitar um diferente corante dos corantes e uma lente (42) para capturar luz fluorescente emitida a partir do disco (13), os ditos módulos ópticos (16) sendo configurados opticamente para interrogar o corante fluorescente em diferentes

   20 comprimentos de onda.
2. 2. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de módulos ópticos (16) compreende uma pluralidade de guias que se conjugam com uma pluralidade de pistas no interior de cada um da pluralidade de locais da

   25 carcaça (46) adaptada para receber os módulos ópticos (16).
3. 3. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma unidade de controle (23), em que a unidade de controle (23) controla a fonte de luz dentro

   Petição 870170070744, de 21/09/2017, pág. 7/13 de cada um dos módulos ópticos (16) através dos contatos elétricos, e em que cada um dos módulos ópticos (16) inclui um componente elétrico que se comunica com a unidade de controle (23) através dos contatos elétricos.
4. 4. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 3, 5 caracterizado pelo fato de que o componente elétrico de cada um dos módulos ópticos (16) fornece informação de identificação única para o respectivo módulo óptico (16).
5. 5. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o componente elétrico inclui memória

   10 exclusivamente de leitura programável (PROM), Flash, um meio de armazenagem interno ou um meio de armazenagem removível.
6. 6. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o componente elétrico inclui uma fonte de laser que emite um laser para abrir uma válvula separando uma câmara de processo

   15 a partir de uma câmara de contenção sobre o disco (13).
7. 7. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ou mais módulos ópticos (16) podem ser combinados para formar um grande módulo óptico.
8. 8. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 1, 20 caracterizado pelo fato de que a pluralidade de módulos ópticos (16) é alinhada em torno do disco (13) para seqüencialmente interrogar uma ou mais câmaras de processo.
9. 9. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dois ou mais módulos ópticos (16) interrogam

   25 uma ou mais câmaras de processo sem paralisação da rotação do disco (13).
10. 10. Dispositivo de detecção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de módulos ópticos (16) é disposta de modo que cada módulo óptico (16) detecta amostra em sua

    Petição 870170070744, de 21/09/2017, pág. 8/13 posição radial associada sobre o disco (13).
11. 11. Sistema de detecção, caracterizado pelo fato de que compreende:

    um dispositivo de aquisição de dado (21); e

    5 um dispositivo de detecção (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, acoplado com o dispositivo de aquisição de dado (21).
12. 12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de cada um da pluralidade de módulos ópticos (16) é removível a

    10 partir dos locais da carcaça (46).
13. 13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de cada um dos locais inclui um conjunto de um ou mais contatos elétricos, e em que cada módulo óptico tem um conjunto de um ou mais contatos elétricos para acoplar-se eletronicamente com os contatos elétricos

    15 dos locais quando inseridos na carcaça (46).
14. 14. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de cada módulo óptico (16) inclui uma porta de saída óptica para acoplamento com uma perna do feixe de fibras ópticas (14).
15. 15. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado 20 pelo fato de que também compreende um disparador de sensor de fenda para prover um sinal de saída para sincronização de rotação do disco (13) com a luz fluorescente capturada, emitida a partir do disco (13).
16. 16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de também compreende uma unidade de controle (23) que usa o

    25 sinal de saída de disparador de sensor de fenda para computar uma defasagem de tempo entre os módulos (16), controlar a fonte de luz no interior de cada um dos módulos ópticos (16) e processar dado a partir da luz fluorescente capturada, emitida a parir do disco (13), com base na defasagem de tempo.

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17. 17. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreende ainda um sistema de controle de válvula a laser (51) eletricamente acoplado com um da pluralidade de módulos ópticos (16).
18. 18. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado 5 pelo fato do sistema de controle de válvula a laser (51) controla um laser no interior de um dos módulos ópticos (16) para seletivamente abrir uma válvula separando uma câmara de processo a partir de uma câmara de contenção sobre o disco (13).
19. 19. Método, caracterizado pelo fato de que compreende:

    10 girar um disco (13) tendo uma pluralidade de câmaras de processo, cada uma portando uma respectiva amostra (22) e um ou mais corantes fluorescentes; os ditos corantes fluorescentes tendo emissão em um comprimento de onda diferente;

    excitar o disco (13) com uma pluralidade de feixes de luz

    15 através de uma pluralidade de módulos ópticos (16), cada um incluindo um canal óptico tendo uma fonte de luz (30) selecionada para excitar um diferente corante dos corantes para produzir uma pluralidade de feixes de luz fluorescente emitidos; e capturar os feixes de luz fluorescente com a dita pluralidade de
20. 20 módulos ópticos (16), em que os módulos ópticos são opticamente configurados para os diferentes comprimentos de onda e contidos na carcaça (46), e transmitir os feixes de luz fluorescente a partir da pluralidade de módulos (16) para um único detector (18) com um feixe óptico de fibras

    25 (14).

    20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende ainda fornecer um sinal a partir do detector representativo dos feixes de luz fluorescente.

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21. 21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende ainda inserir um ou mais da pluralidade de módulos ópticos (16) na carcaça (46).
22. 22. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado 5 pelo fato de que compreende ainda remover um ou mais da pluralidade de módulos (16) a partir da carcaça (46).
23. 23. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende ainda acoplar eletronicamente cada um da pluralidade de módulos (16) com um ou mais contatos elétricos conectados

    10 com uma unidade de controle (23).
24. 24. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que excitar o disco com uma pluralidade de feixes de luz é efetuado por meio do envio dos feixes de luz através de um filtro de excitação (34) e capturar os feixes de luz fluorescente é efetuado por meio do envio dos

    15 feixes de luz fluorescente através de um filtro de detecção (40).
25. 25. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que também compreende abrir uma válvula separando uma câmara de processo a partir de uma câmara de contenção com um sistema de controle de válvula a laser (51).

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