BRPI0708922A2

BRPI0708922A2 - sistema de processamento de fluido, mÉtodo para determinar o volume delta v de fluido nço gasoso, dispositivo biossensor para anÁlise de um fluido, e, mÉtodo para processar um lÍquido de amostra

Info

Publication number: BRPI0708922A2
Application number: BRPI0708922-8A
Authority: BR
Inventors: Jeroen Looijen; Jong Michiel De
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2011-06-14
Also published as: US20100233682A1; JP2009531118A; CN101410699A; WO2007110825A2; WO2007110825A3; RU2008142765A; EP2002223A2

Abstract

SISTEMA DE PROCESSAMENTO DE FLUIDO, MÉTODO PARA DETERMINAR O VOLUME DELTA V DE UM FLUIDO NçO GASOSO, DISPOSITIVO BIOSSENSOR PARA ANALISE DE UM FLUIDO, E, METODO PARA PROCESSAR UM LÍQUIDO DE AMOSTRA E descrito um sistema de processamento de fluido que tem pelo menos duas câmaras. Cada uma de ditas câmaras é separada em uma primeira e uma segunda parte por uma membrana flexível, a primeira parte, em utilização, compreendendo essencialmente um gás e a segunda parte, em utilização, compreendendo essencialmente um fluido não gasoso, um meio de entrada e/ou de saída. Um ou mais canais são fornecidos conectando ditas segundas partes de ditas pelo menos duas câmaras, no qual pelo menos um de ditos um ou mais canais inclui uma válvula unidirecional sensível a pressão. Além disto, meio para exercer pressão sobre dita primeira parte de pelo menos uma de ditas pelo menos duas câmaras é fornecido para permitir transferência de um líquido de amostra.

Description

"SISTEMA DE PROCESSAMENTO DE FLUIDO, MÉTODO PARADETERMINAR O VOLUME DELTA V DE UM FLUIDO NÃO GASOSO,DISPOSITIVO BIOSSENSOR PARA ANÁLISE DE UM FLUIDO, E,MÉTODO PARA PROCESSAR UM LÍQUIDO DE AMOSTRA"

A invenção é relativa ao campo de processamento de fluidoem ciências biomédicas e médicas. Em particular, a invenção é relativa aocampo de diagnóstico molecular, especificamente na área de detecção debactéria, em tratamento e diagnóstico de sangue, ao em aplicações desubstituição de coração.

Em aplicações médicas, processamento de fluido é de grandeimportância. Sistemas integrados onde fluidos podem ser processados, atravésde diversas etapas dentro de um cartucho fechado, apresentam as vantagensde economizar tempo, ser amigável ao usuário e, limitar a intervençãohumana e, portanto, também o risco de contaminação cruzada. A U.S.5.193.990 descreve um sistema que permite o controle do escoamento dofluido que escoa para fora de uma câmara principal. A câmara principal édividida em duas regiões por uma membrana: uma primeira região paradentro e para fora da qual fluido escoa, e uma segunda região que é cheia comum gás. Um primeiro nível de controle é operado monitorando as mudançasde pressão do gás em relação àquelas em um volume de referência fixo, comouma base de medição de escoamento. A lei de Boyle é utilizada paradeterminar o volume da segunda região e, uma vez que o volume combinadoda primeira e da segunda região é constante, o volume da primeira região éconhecido. Um segundo nível de controle é conseguido fornecendo umacâmara de distribuição auxiliar, substancialmente menor. A câmara dedistribuição auxiliar é dividida também em duas regiões por uma membrana,de modo que o volume de sua primeira região é variável entre limites fixosmáximo e mínimo. Enchendo a câmara de distribuição auxiliar a seu volumemáximo a partir da câmara principal e fazendo com que daí em diante estevolume seja reduzido com o tempo para seu volume mínimo, a mudança devolume da câmara de distribuição por unidade de tempo é determinada.Finalmente, um terceiro nível de controle é divulgado, no qual o volume dofluido restante na câmara de distribuição é determinado monitorando amudança de pressão na câmara auxiliar na maneira de pressão na câmara demedição.

O sistema de controle de escoamento da técnica precedentetem as desvantagens de requerer a presença ou de um volume de referênciafixo adicional conectado à câmara fora da qual o escoamento de fluido édesejado ser medido ou a presença de uma câmara auxiliar menor. Estesrequisitos complicam o ajuste e aumentam o volume do dispositivo. Osdispositivos da técnica precedente também requerem diversas comutações deválvula e etapas de bombeamento para operar o controle de escoamentomencionado anteriormente. Isto torna a automação difícil e consome tempo.

Existe, portanto, uma necessidade na técnica por sistemas maissimples, mais amigáveis ao usuário, mais rápidos e mais compactos para fazeristo.

Um objetivo da presente invenção é a provisão de um sistemade processamento de fluido melhorado, que permita processamento de fluidosnão gasosos a partir de uma câmara para uma outra dentro de um dispositivode diversas câmaras e fornecer um método de medição melhorado paradeterminar em que extensão um fluido escoa de uma câmara para uma outradentro de um sistema de processamento de fluido.

Falando de maneira ampla, a invenção é baseada na descobertaque fluido pode ser processado de maneira eficiente de uma câmara para umaoutra, em uma maneira controlada, sem utilizar câmaras de calibraçãovolumosas e sistemas de válvula que incomodam, utilizando uma fonte depressão exclusiva para ao mesmo tempo direcionar fluidos através de válvulasunidirecionais sensíveis a pressão e adquirir informação precisa relativa àextensão com a qual cada etapa de processamento de fluido foi realizada.

Uma configuração da presente invenção é relativa a umsistema de processamento de fluido que compreende, pelo menos, duascâmaras. Cada uma destas câmaras é separada em uma primeira e umasegunda parte por uma membrana flexível. Na primeira parte existeessencialmente um gás tal como, por exemplo, ar, N2, argônio, ou similar, ena segunda parte existe essencialmente um fluido não gasoso. Em cadacâmara existe um meio de entrada e/ou de saída. As segundas partes sãoconectadas por um ou mais canais, pelo menos um de ditos um ou mais canaisincorporando uma válvula unidirecional sensível a pressão. O sistema deprocessamento de fluido ainda compreende meio para exercer pressão sobre aprimeira parte de pelo menos uma das pelo menos duas câmaras.

Esta configuração é vantajosa porque permite processamentode fluido a partir de uma câmara para uma outra de um sistema deprocessamento de fluido com um número mínimo de comutação de válvulas eetapas de bombeamento e, adicionalmente, reduzindo o número de válvulasque precisam ser controladas.

Como um aspecto adicional, pelo menos uma das primeiraspartes das pelo menos duas câmaras é conectada a um transdutor de pressão.Isto é vantajoso porque permite utilizar as mudanças de pressão dentro dacâmara em questão para determinar diretamente e de maneira precisa aextensão a a qual fluido foi processado para ou a partir desta câmara, isto semrequerer necessariamente uma câmara de referência adicional.

Como um outro aspecto adicional, o meio para exercer pressãoé um único meio de pressão conectado através de uma linha de suprimento depressão a cada uma das pelo menos duas câmaras. A linha de suprimento depressão compreende uma válvula, preferivelmente válvulas 3/2 para cada umadas pelo menos duas câmaras, que permite conectar ou desconectar cada umadas pelo menos duas câmaras do meio para exercer pressão. Isto é vantajosoporque a utilização de um único meio de pressão é econômica e permite, nãoobstante, um controle completo na distribuição de fluido de cada câmaradentro do sistema.

Como um outro aspecto adicional, pelo menos uma das pelomenos duas câmaras tem sua segunda parte conectada diretamente àssegundas partes de duas ou mais outras câmaras por meio de um ou maiscanais. Pelo menos um de um ou mais canais incorpora uma válvulaunidirecional sensível a pressão. Se a pelo menos uma das pelo menos duascâmaras atua como uma câmara de recebimento e é, portanto, posicionada a jusante das pelo menos duas de ditas duas ou mais outras câmaras que atuamcomo câmaras de transferência, este sistema pode ser utilizado de maneiravantajosa para operar mistura de fluidos de câmaras de transferência nacâmara de recebimento. Uma outra vantagem é que as câmaras detransferência podem ser utilizadas como reenchimento para a câmara derecebimento. Se a pelo menos uma das pelo menos duas câmaras atua comouma câmara de transferência, este sistema pode ser utilizado de maneiravantajosa, por exemplo, para controlar o escoamento do sistema ou a dosedistribuída do fluido escolhendo entre câmaras de recebimento de volumediferente. Um outro aspecto adicional é, portanto, a utilização de uma válvulade diversas posições para permitir, selecionando posições dela, conectar oudesconectar de maneira seletiva a segunda parte de uma câmara detransferência de/para qualquer uma das câmaras de recebimento, e ainda umoutro aspecto adicional aplicável em conjunto com qualquer uma dasconfigurações e aspectos adicionais descritos acima é a utilização de câmaras que diferem em dimensão.

Como um outro aspecto adicional, uma única linha dedescarga está conectando a primeira parte de todas as câmaras,preferivelmente através de válvulas 3/2 presentes nas linhas de suprimento depressão. Isto é vantajoso porque permite centralizar a abertura ou fechamentode todo o circuito de gás e, portanto, simplificá-las. Isto tem a vantagemadicional de permitir a inclusão de um único reservatório de ar de volumeconhecido, que poderia ser utilizável para calibrar o volume de qualquercâmara dentro do sistema. Um aspecto adicional é, portanto, a conexão de umreservatório de ar à linha de descarga, porém uma das vantagens da presenteinvenção é que ele torna tal reservatório opcional.

Uma outra configuração da presente invenção é um Métodopara determinar o volume ideal AV de um fluido não gasoso que foitransferido de uma câmara para uma outra de volume conhecido V8 em umsistema de processamento de fluido de acordo com qualquer uma dasconfigurações e aspecto adicional da presente invenção. O métodocompreende as etapas de:

(i) medir a pressão P8 da primeira parte da câmara de recebimentoantes de dita transferência,

(ii) medir a pressão P8' na primeira parte da câmara de recebimentodepois de dita transferência,

(iii) resolver a equação a seguir

AV = V8 (1 - P8/Pg )

Esta configuração tem a vantagem de permitir a determinaçãoprecisa do volume AV de um fluido não gasoso que foi transferido de umacâmara para uma outra sem utilizar quaisquer câmaras de referênciaadicionais.

Como um aspecto adicional, a etapa (iii) pode ser substituídapelas seguintes etapas:

(i) medir a temperatura T8 na primeira parte da câmara de recebimentoantes de dita transferência,

(ii) medir a temperatura T8' na primeira parte da câmara de recebimentodepois de dita transferência,

(iii) resolver a equação a seguir:AV = V8'(P8T8/T8'P8-1)Isto tem a vantagem de permitir determinar de maneira aindamais precisa o volume AV de um fluido não gasoso que foi transferido deuma câmara para uma outra em condições onde mudanças de temperatura sãoesperadas durante o processamento, por exemplo, quando processando sanguefresco.

Uma outra configuração da presente invenção é um dispositivobiossensor para análise de um fluido que contém uma ou mais moléculas deanalito a serem detectadas, por exemplo, que contém uma ou mais moléculasalvo de ácido polinucleico, proteínas, fragmentos de membrana, fragmentoscelulares, outras biomoléculas etc., dito dispositivo biossensorcompreendendo:

um sistema de processamento de fluido que compreende:

(i) pelo menos duas câmaras, cada uma de ditas câmaras sendo separadaem uma primeira e uma segunda parte por uma membrana flexível,dita primeira parte compreendendo essencialmente um gás e ditasegunda parte compreendendo essencialmente um fluido nãogasoso, um meio de entrada e/ou de saída,

(ii) um ou mais canais conectando dita segundas partes de ditas pelomenos duas camadas, no qual pelo menos um de ditos um ou maiscanais inclui uma válvula unidirecional sensível a pressão,

(iii) meio para exercer pressão em dita primeira parte de pelo menosuma de ditas pelo menos duas câmaras,no qual

a) uma das pelo menos duas câmaras é qualquer uma de: umacâmara de amplificação PCR (25), uma câmara de detecção (27),por exemplo, que inclui um substrato sólido biossensor 30 quecompreende uma ou mais sondas capazes de especificamenteligar à dita uma ou mais moléculas de analito, por exemplomoléculas alvo de ácido polinucleico, uma câmara de Iise decélula, uma câmara de purificação, uma câmara de lavagem, umacâmara de incubação, uma câmara de ciclagem térmica, umacâmara de extração de fragmento de célula, por exemplo, paraextração de DNA, ou

b) uma entrada ou uma saída de pelo menos uma das pelo menosduas câmaras é conectável diretamente a qualquer um dentre:uma câmara de amplificação (25), uma câmara de detecção (27),por exemplo, que inclui um substrato sólido biossensor (30) quecompreende uma ou mais sondas capazes de ligarespecificamente à dita uma ou mais moléculas de analito, porexemplo, moléculas alvo de ácido polinucleico, uma câmara deIise de célula, uma câmara de purificação, uma câmara delavagem, uma câmara de incubação, uma câmara de ciclagemtérmica, uma câmara de extração de fragmento de célula, porexemplo, para extração de DNA.

Opcionalmente um detector pode ser fornecido em uma dascâmaras para analisar dito substrato biossensor depois que dito fluido deamostra tenha contatado dito substrato sólido biossensor de modo adeterminar a presença de dita uma ou mais moléculas de analito alvo. Odetector pode ser um detector ótico e uma parede da câmara pode ser feitatransparente para permitir tal detecção ótica.

Esta configuração tem a vantagem de possibilitar o controle ea medição de cada etapa de processamento de fluido de um dispositivobiossensor.

A presente invenção também fornece um método paraprocessar um líquido de amostra, por exemplo, para análise de um fluido quecontém uma ou mais moléculas de analito, dito método compreendendo:

processar um líquido de amostra utilizando pelo menos duascâmaras, cada uma de ditas câmaras sendo separada em uma primeira e umasegunda parte por uma membrana flexível, dita primeira parte compreendendoessencialmente um gás, e dita segunda parte compreendendo essencialmenteum fluido não gasoso, um meio de entrada e/ou de saída, um ou mais canaisconectando ditas segundas partes de ditas pelo menos duas câmaras, no qualpelo menos um de ditos um ou mais canais inclui uma válvula unidirecionalsensível a pressão, o método ainda compreendendo exercer pressão em ditaprimeira parte de pelo menos uma de ditas pelo menos duas câmaras paratransferir líquido de amostra. Pelo menos uma etapa do método pode incluirqualquer um de: amplificação PCR, detecção, ciclagem térmica, Iise de célula,extração de fragmento de célula, lavagem, purificação, e incubação.

A invenção será descrita agora com referência aos desenhos aseguir:

A figura 1 é uma vista esquemática que ilustra um método demedição de acordo com uma configuração da presente invenção.

A figura 2 é uma vista esquemática de um sistema deprocessamento de fluido de acordo com uma configuração da presenteinvenção.

A figura 3 é uma vista esquemática de um sistema deprocessamento de fluido de acordo com uma configuração da presenteinvenção.

A figura 4 é uma vista esquemática de um sistema deprocessamento de fluido de acordo com uma configuração da presenteinvenção.

A figura 5 é uma vista esquemática de um sistema deprocessamento de fluido de acordo com uma configuração da presenteinvenção.

A figura 6 é uma vista esquemática de um exemplo particularde um sistema de processamento de fluido de acordo com a presenteinvenção.

A figura 7 mostra uma outra configuração da presenteinvenção, a saber, a aplicação do dispositivo de controle de escoamento dapresente invenção a um dispositivo biossensor, por exemplo, para analisarmoléculas alvo de ácido polinucleico presentes em um fluido de amostra.

A presente invenção será descrita com relação a configuraçõesparticulares e com referência a certos desenhos, mas a invenção não estálimitada a eles, porém somente pelas reivindicações. Quaisquer sinais dereferência nas reivindicações não deve ser construído como limitando oescopo. Os desenhos descritos são somente esquemáticos e não são limitantes.

Nos desenhos a dimensão de alguns dos elementos pode estar exagerada e nãoem escala, para finalidades ilustrativas. Onde o termo "compreendendo" éutilizado na presente descrição e/ou reivindicações, ele não exclui a presençade outros elementos ou etapas.

Onde um artigo indefinido é utilizado ao se referir a umsubstantivo no singular, por exemplo, "um", "uma", "o", "a", isto inclui umplural daquele substantivo, a menos que algo mais seja especialmentedescrito.

Além disto, os termos primeiro, segundo, terceiro e similaresna descrição e/ou nas reivindicações, são utilizados para distinguir entreelementos similares e não necessariamente para descrever uma ordemseqüencial ou cronológica. Deve ser entendido que os termos assim utilizadossão intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as configurações dainvenção aqui descritas são capazes de operação em outras seqüências do queaqui descritas ou ilustradas.

Em uma configuração, a presente invenção é relativa a umsistema de processamento de fluido. O termo fluido pode ser entendido comoum fluido não gasoso, desde que o fluido sejam envolvido em ser processadono sistema, por exemplo, distribuído a partir do sistema. Este sistema deprocessamento de fluido é composto de pelo menos duas câmaras a partir dasquais ou no sentido das quais fluido pode ser processado. Cada câmara épreferivelmente feita de um material de tal espessura que mudanças depressão aplicadas durante a operação do sistema não mudam o volume dascâmaras de maneira apreciável. As paredes das câmaras são, portanto, rígidase inflexíveis e feitas de um material sólido. Cada câmara do sistema éseparada em uma primeira e uma segunda partes por uma membrana. Naprimeira parte existe essencialmente um gás e na segunda parteessencialmente um fluido não gasoso. A segunda parte tem meio de entradapara a introdução do fluido não gasoso a ser processado ou para receber fluidonão gasoso processado que vem de uma outra câmara. Tambémcompreendido na segunda parte existe um meio de saída para ou transferirfluidos não gasosos processados para uma outra câmara, ou para liberar ofluido para a sua destinação. A conexão entre as segundas partes das pelomenos duas câmaras é fornecida por um ou mais canais, e o processamento dofluido de uma câmara para uma outra ou/e de uma câmara para seu destino, éregulada por válvulas. Estas válvulas podem ser válvula sensíveis a pressão.Em particular, entre a primeira e a segunda câmara uma válvula unidirecionalpode ser fornecida. A atuação que conduz ao processamento de um fluido nãogasoso a partir de uma câmara para uma outra é operada através de meio paraexercer pressão sobre a primeira parte da câmara de transferência. A condiçãonecessária para que o fluido não gasoso seja transferido da câmara detransferência para a câmara de recebimento é a seguinte: a pressão exercidapelo meio de pressão sobre o gás e portanto também sobre o fluido não gasosoe conseqüentemente sobre a válvula unidirecional sensível a pressão emcontato com este fluido deveria ser maior do que a pressão limiar da válvulaunidirecional e a pressão na primeira parte correspondente enchida com gásda câmara de recepção.

Em uma outra configuração da presente invenção pelo menosuma das primeiras partes das pelo menos duas câmaras é conectada a umtransdutor sensível a pressão. Preferivelmente o transdutor de pressão éconectado a uma câmara de recebimento. Desta maneira a pressão do gás nacâmara de recebimento pode ser monitorada. Para esta finalidade, o transdutor pode ser conectado à eletrônica de monitoramento.

Em uma outra configuração da presente invenção omonitoramento da pressão da câmara de recebimento é utilizado para derivaro volume de fluido não gasoso que foi transferido para esta câmara derecebimento. Esta configuração está ilustrada na figura 1.

Na parte esquerda da figura dois as câmaras estão desenhadas.

A câmara superior é a câmara de transferência (1) que tem um volume totalVi. A câmara inferior é a câmara de recebimento (2) que tem um volume totalV2. Cada uma das câmaras compreende uma primeira parte (5) e (8) e umasegunda parte (6) e (9) separadas por uma membrana flexível (7). Asprimeiras partes (5) e (8) são cheias essencialmente com um gás enquanto asegunda parte (6) da câmara de transferência (1) contém essencialmente umfluido não gasoso e a segunda parte da câmara de recebimento éessencialmente vazia. As primeiras partes (5) e (8) das câmaras podem serpressurizadas externamente por meio não desenhado neste esquema paraefeito de clareza. As segundas partes (6) e (9) são conectadas por um canal(3). Neste canal (3) é fornecida uma válvula que é preferivelmente umaválvula unidirecional sensível a pressão (4), que abre a uma certa pressãomínima. A seta A indica a direção de escoamento permitida pela válvulaunidirecional sensível a pressão. O volume do canal de conexão é consideradoser desprezível em relação aos volumes das câmaras.

Embora a utilização de válvulas unidirecionais sensíveis apressão permita reduzir o número de etapas de comutação de válvula, etapasde bombeamento e válvulas a serem controladas, a pressão necessária paraabrir ou fechar estas válvulas pode mudar com o tempo, por exemplo, devidoa envelhecimento. Quando o volume utilizado para medir vazão depende depressão, isto pode resultar em imprecisões na medição e/ou controle da vazão.O sistema de acordo com a presente invenção evita este problema, fazendo amedição e/ou o controle do volume de fluido distribuído e/ou da vazão,independente da pressão de abertura ou fechamento da válvula. Este métodode medição e/ou controle está descrito abaixo.

Como uma etapa preliminar, antes de introduzir o fluido a serprocessado é útil minimizar o teor de ar da segunda parte de todas as câmaras.Esta etapa preliminar pode ser realizada pressurizando todas as câmaras parafazê-las completamente enchidas com gás e esticando completamente asmembranas 7. Desta maneira, o teor de ar das partes da câmara para fluidos(segundas partes 6 e 9) é minimizada. O excesso de ar nas segundas partes dascâmaras 6 e 9 é descarregado para o ambiente através de uma linha dedescarga, não desenhada para efeito de clareza.

Depois disto, um fluido é introduzido na segunda parte 6 dacâmara de transferência 1, e as seguintes equações são válidas:

V1 = V5 +V6

V2 = V8 + V9

V9 = O

Onde V8 é o volume da câmara ou parte (n).

Na próxima etapa ilustrada no lado direito da figura (1) ofluido não gasoso presente na câmara (1) é bombeado para a câmara (2)pressurizando a câmara 1. A membrana 7 estica a que todo o fluido sejabombeado para fora da câmara 1. Isto é válido desde que a pressão exercidaseja maior do que a pressão limiar da válvula unidirecional sensível a pressão(4) e a pressão da primeira parte correspondente (8') da câmara (2).

O aumento de pressão na câmara (2) irá parar tão logo oescoamento de fluido para. Neste ponto nenhum fluido é deixado na câmara(1) e V6'= 0. A quantidade de fluido bombeado para (9') é AV. As equações aseguir podem ser derivadas:

V6 = O = V6-AVPortanto AV = V6

V9'= V9 + AV = AVE como V2 permanece sem mudar:V2 = V8 + V9 = V8' + V9'V8'= V2-V9 = V8-AVAs leis de Boyle e Gay-Lussac são válidas para a quantidadefixa de gás na câmara (2) antes e depois do deslocamento do fluido:

Se a temperatura é considerada constante P8V8 = P8 'V8' (ondePn é a pressão na parte n) e portanto temos:

AV = V8(l - P8/P8')e a quantidade de fluido deslocado AV pode ser derivadaquando o volume V8 é conhecido bem, como as duas pressões P8 e P8'.

Um melhoramento é conectar a câmara de recebimento a umsensor de temperatura (não mostrado na figura 1) em adição ao transdutor depressão. Isto permite levar em consideração mudanças de temperatura duranteo processamento de fluido.

Se a temperatura é levada em consideração:AV = V8'(P8'T8/T8'P8 - 1)A figura 2 exemplifica uma outra configuração da presente

invenção na qual somente duas câmaras (1) e (2) estão representadas paraefeito de clareza. As segundas partes destas duas câmaras estão articuladaspor um canal (3) que inclui uma válvula unidirecional (4). A primeira parte dacâmara de recebimento (2) compreende um transdutor de pressão (19) e suasegunda parte compreende um meio de saída (22). A segunda parte daprimeira câmara (1) compreende um meio de entrada (21). Nestaconfiguração, um meio para exercer pressão é um único meio de pressão (10)conectado através de linhas de suprimento de pressão (11) a cada uma dasduas câmaras (1) e (2). As linhas de suprimento de pressão (11) compreendemuma válvula (12) por câmara para permitir de maneira individual a conexãoou desconexão de cada câmara do meio para exercer pressão (10). Uma outraconfiguração da presente invenção está exemplificada na figura 3 onde trêscâmaras estão representadas. As câmaras (Ia) e (Ib) atuam como câmaras detransferência e a câmara (2) posicionada a jusante relativamente às câmaras(Ia) e (Ib) atua como uma câmara de recebimento. A câmara (2) tem suasegunda parte 9 conectada diretamente às segundas partes (6a) e (6b) das duasoutras câmaras (Ia) e (Ib) por canais (3). Neste exemplo os dois canaisdelineado são ambos equipados com uma válvula unidirecional sensível apressão (4).

Uma outra configuração da presente invenção estáexemplificada na figura 4 onde três câmaras estão representadas. A câmara(1) atua como uma câmara de transferência e é posicionada a montante emrelação às câmaras (2a) e (2b). Uma válvula (16) permite conectar oudesconectar de maneira seletiva a segunda parte da câmara (1) de/paraqualquer uma das duas outras câmaras. A dimensão menor da câmara (2b)está aqui para ilustrar que as dimensões das diversas câmaras utilizadas emquaisquer das modalidades da presente configurações da presente invençãonão são necessariamente iguais umas às outras.

A figura 5 mostra uma configuração da presente invenção naqual as primeiras partes (5) e (8) de todas as câmaras (1) e (2) são conectadasa uma linha de descarga (13) através de válvulas 3/2. Válvulas 3/2 sãoválvulas preferivelmente válvulas pneumáticas que tem três conexões e duasposições. Aqui, uma primeira conexão conduz à linha de suprimento depressão (11), uma segunda conexão conduz a uma câmara (1) ou (2), e umaterceira conexão conduz à linha de descarga. A câmara (1) ou (2) pode,portanto, ser conectada a qualquer das linhas de suprimento ou linha dedescarga. A linha de descarga (13) é aberta ou fechada para o ambiente (18)dependendo da posição de uma válvula terminal (14). Um reservatório de aropcional (15) é representado conectado à linha de descarga (13). Estereservatório de ar opcional (15) tem um volume conhecido e pode ser útil paracalibrar, da maneira descrita na U.S. 5.193.990, qualquer das câmaras (1) ou(2) conectadas a ele.

A figura 6 mostra um exemplo específico que ilustra umaconfiguração da presente invenção. Neste exemplo quatro câmaras (1) sãointerconectadas. O suprimento e descarga dos canais de fluido não sãodesenhados para efeito de clareza. A acomodação de uma válvula 3/2 12 podepressurizar cada câmara (1). O suprimento pneumático (20) é conectado auma linha de suprimento de pressão partilhada (11) que supre ar com umapressão controlada pelo regulador de pressão eletrônico (17) para cada válvula3/2 (12). Na figura 6 cada uma das válvulas 3/2 12 está fechada e cada câmara(1) é conectada a uma linha de descarga partilhada (13). A linha de descarga(13) contém um reservatório de ar (15). O escoamento na linha de descarga(13) no sentido do ambiente (18) é interrompido por uma válvula de descarga

(14). A linha de descarga (13) é aberta somente quando esta válvula (14) estáaberta. Quando a linha de descarga (13) está fechada, o volume de ar na linhade descarga (13), reservatório de ar (15) e câmaras conectadas (1) é fixo.

Desta maneira, o método de medição descrito acima pode ser utilizado paradeterminar a quantidade de fluido que escoa para dentro de uma câmaraarbitrária (1). Isto é válido se esta câmara (1) não está pressurizada nomomento e a válvula de descarga (14) está fechada. Interpretação da mediçãode pressão pelo transdutor de pressão associado (19) é dependente do volumede medição, que não é apenas o volume original da câmara 1, porém inclui alinha de descarga (13), o reservatório de ar (15) e o volume da câmara ligada(1).

A figura 7 mostra a aplicação da presente invenção a umdispositivo biossensor, por exemplo, para detectar a presença de, sejaquantitativamente ou qualitativamente de um analito em um líquido deamostra. O analito pode ser qualquer molécula de analito útil em diagnósticomolecular tal como DNA, RNA, proteína, uma enzima, um carboidrato, umacélula, fragmentos de célula, fragmentos de membrana, receptores solúveis ouligados, um marcador de sangue circulante, por exemplo, um marcador detumor, um anticorpo, etc. Por exemplo, o biossensor pode ser utilizado paraanalisar moléculas alvo de ácido polinucleico presentes em um fluido deamostra. Este dispositivo biossensor é composto de duas ou mais câmaras.

Uma das câmaras pode ser qualquer de: uma câmara de amplificação PCR(25), (por exemplo, encerrada dentro de um ciclador térmico (29), umacâmara de detecção (27), por exemplo contendo um substrato biossensor (30)e acoplado a um detector (28), uma câmara de ciclagem térmica, uma câmarade Iise de célula, uma câmara de extração de fragmento de célula tal como umDNA ou membrana de célula ou câmara de extração de receptor de célula,uma câmara de lavagem, uma câmara de purificação, uma câmara deincubação, etc. Outras câmaras estão incluídas no escopo da presenteinvenção. As câmaras podem ser arranjadas em qualquer ordem conectável,de maneira direta adequada. Por exemplo, uma câmara de Iise (23) e/ou umacâmara de extração de ácido nucléico (24) podem ser adicionadas a montanteda câmara de amplificação PCR (25) e uma câmara de purificação (26) podeser adicionada entre a câmara de amplificação PCR (25) e a câmara dedetecção (27). A câmara situada a montante de todas as outras câmaras temum meio de entrada (21) para receber um fluido a ser analisado. Todas ascâmaras opcionalmente têm um meio de entrada (21) para receber osreagentes necessários e/ou enzimas e/ou solventes e/ou tampões, umtransdutor de pressão (19) e um sensor de temperatura (31).

As configurações de processamento de fluido da presenteinvenção descritas acima podem ser utilizadas com a série de câmarasmostradas na figura 7 em várias maneiras. Primeiramente uma entrada e/ousaída de pelo menos uma das pelo menos duas câmaras do arranjo deprocessamento de fluido de acordo com a presente invenção, pode serconectada de maneira direta, ou conectável de maneira direta, por exemplo,por meio de válvulas selecionáveis e controláveis, a uma ou mais das câmaras de processamento mencionadas acima, a saber, uma câmara de amplificaçãoPCR (25) (por exemplo, encerrada dentro de um ciclador térmico (29), a umacâmara de detecção (27), por exemplo, contendo um substrato biossensor (30)e acoplada a um detector (28), uma câmara de ciclagem térmica, uma câmarade Iise de célula, uma câmara de extração de fragmento da célula tal como umDNA ou membrana de célula ou câmara de extração de receptor de célula,uma câmara de lavagem, uma câmara de purificação, uma câmara deincubação, etc. O arranjo de processamento de fluido da presente invençãopode ser utilizado para distribuir reagentes, soluções tais como soluções delavagem, líquidos de amostra, etc., em uma maneira dosada para qualquerdestas câmaras, ou para remover reagentes, soluções tais como soluções delavagem, líquidos de amostra, etc., de qualquer destas câmaras em umamaneira dosada. O arranjo de processamento de fluido de duas câmaras deacordo com a presente invenção pode também ser conectado ou conectável,por exemplo, por meio de válvulas selecionáveis e controláveis a fontes de fluidos tais como reagentes, soluções tais como soluções de lavagem, líquidosde amostra, etc. para que estes sejam distribuídos em uma maneira controladapara qualquer das câmaras de processamento.

Em uma outra configuração da presente invenção as pelomenos duas câmaras do arranjo de processamento de fluido da presenteinvenção podem ser integradas com câmaras de processamento do tipodescrito acima. Voltando para a figura 7, na câmara de Iise opcional (23) ascélulas presentes no fluido são submetidas a Iise (por exemplo, por meioosmótico, mecânico ou enzimático). Uma vez realizada a lise, o fluido éprocessado para a próxima câmara aplicando pressão na primeira parte dacâmara (23). Na figura 7 a próxima câmara é a câmara de extração opcional(24). Na câmara de extração opcional (24) ácido polinucleico (por exemplo,DNA ou RNA) é separado dos materiais não nucléicos (por exemplo,utilizando meios químicos, de extração com solvente, precipitação oucentrifugação). Uma vez realizada esta separação, o fluido é processado paraa próxima câmara aplicando pressão na primeira parte da câmara (24). Apróxima câmara é a câmara de amplificação PCR (25). Na câmara deamplificação PCR (25) o fragmento de interesse de ácido polinucleico éreconhecido por um "iniciador" rotulado escolhido e amplificado por umprocedimento térmico PCR padrão bem conhecido da pessoa versada natécnica. O procedimento térmico é realizado pelo ciclador térmico (29). Nafigura 7 a próxima câmara é a câmara de purificação ótica (26). Na câmara depurificação opcional (26) "iniciadores" livres e outros contaminantes dereação que permanecem depois da etapa PCR podem ser removidos, porexemplo, através de interação com sílica. Uma vez realizada esta purificação,o fluido é processado para a próxima câmara aplicando pressão na primeiraparte da câmara (26). A próxima e última câmara é a câmara de detecção (27).Na câmara de detecção (27) o fragmento de ácido polinucleico amplificado (eopcionalmente purificado) é hibridizado em uma ou mais sondas específicaspresentes em um substrato sólido biossensor (30). Uma vez que ahibridização tenha sido realizada, os fragmentos de ácido polinucleico nãohibridizados são expelidos na saída (22) aplicando pressão na primeira parteda câmara (27). Em uma última etapa o ácido polinucleico hibridizado édetectado por meio de seu "iniciador" rotulado (por exemplo, um "iniciador"rotulado com um marcador tal como, porém não limitado a um marcadorfluorescente) por um detector (por exemplo, um detector ótico (28)).

O termo "sonda" indica um agente, imobilizado sobre asuperfície do substrato sólido biossensor e/ou no substrato, que é capaz dealguma interação específica com o ácido polinucleico alvo que faz parte daamostra quando colocado na presença de, ou reagido com, dito ácidopolinucleico alvo e utilizado para detectar a presença de dito ácidopolinucleico alvo. Sondas incluem compostos moleculares tais como, porémnão limitados a ácidos polinucleicos e compostos relacionados (por exemploDNAs, RNAs5 oligonucleotídeos ou análogos deles, produtos PCR, DNAgenômico, cromossomos artificiais bacterianos, plasmídeos e similares).

O termo "marcador" indica um agente que é facilmentedetectado por meio adequado, de modo a possibilitar a detecção de suadistribuição física e/ou a intensidade do sinal distribuído tal como, porém nãolimitado a, moléculas luminescentes (por exemplo, agente fluorescente,agente fosforescente, agentes quimiluminescentes, agentes biolumunescentese similares), moléculas coloridas, moléculas que produzem cores quando dereação, enzimas, contas magnéticas, radioisótopos, moléculas de ligaçãoespecificamente ligáveis, micro-bolhas detectáveis por meio de ressonânciasônica e similares.

Como aqui utilizado, e a menos que descrito de outra maneira,o termo "rótulo" indica a ação de trazer uma etiqueta na presença de umasonda ou ligar ou interagir (por exemplo, reagindo) uma etiqueta com umasonda.

A natureza do fluido não gasoso não é crítica para a presenteinvenção e qualquer fluido não gasoso pode ser considerado. Exemplosparticulares de fluidos que podem ser processados no sistema da presenteinvenção são bio-fluidos (isto é, fluidos de natureza biológica tal como,porém não limitados a sangue, cuspe, esperma, saliva, urina, suor, leite bile, fluido cérebro-espinhal, fluido de bolha, soro ou fluido de cisto e similares).Embora a presente invenção seja particularmente de interesse para utilizaçãoem aplicações biológicas e médicas, a invenção não se limita a estas áreas, epode ser utilizada em domínio tal como química analítica ou orgânica, entreoutros. Fluidos utilizados nestas aplicações formam, portanto, uma outraclasse de fluidos que pode ser utilizada na presente invenção. A forma dascâmaras não é crítica para a presente invenção e quaisquer formas, mesmomuito complexas, podem ser consideradas. O aspecto importante em relaçãoàs câmaras é que seu volume deveria ser fixo, isto é, as câmaras deveriam serrígidas. A membrana utilizada na presente invenção deve ser ao mesmo tempoestanque a gás e a fluido não gasoso. Ela deve ser escolhida para ser inerte nosentido do gás e do fluido não gasoso utilizados. Um requisito para amembrana é que esta membrana deveria ser flexível e elástica, de modo queela possa estender de maneira reversível o volume de ambas as partes dacâmara para alcançar volumes no ou próximo ao volume máximo da câmara.A membrana é portanto preferivelmente elástica. Composições de membranaadequadas incluem, porém não estão limitadas a, polímeros termoplásticos(tais como, porém não limitados a poli(etileno), poli(propileno), poliamidas,poli(vinil cloreto) e similares) elastômeros (tais como,porém não limitados aborracha natural, polibutadieno, poliisopreno, borracha de etileno propileno,silicone e similares) e elastômeros termoplásticos (tais como, porém nãolimitados a poli(estireno-butadieno-estireno)).

O gás utilizado pode ser virtualmente qualquer gásquimicamente compatível com a membrana. Gases úteis são aqueles que sãoseguros, facilmente disponíveis, e econômicos. Exemplos incluem, porém nãoestão limitados a ar, N2, Ar e similares.

Claims

1. Sistema de processamento de fluido, caracterizado pelo fatode compreender:(i) pelo menos duas câmaras, cada uma de ditas câmaras sendoseparada em uma primeira e uma segunda parte por uma membranaflexível, dita primeira parte compreendendo essencialmente um gáse dita segunda parte compreendendo essencialmente um fluido nãogasoso, um meio de entrada e/ou de saída,(ii) um ou mais canais conectando dita segundas partes de ditas pelomenos duas camadas, no qual pelo menos um de ditos um ou maiscanais inclui uma válvula unidirecional sensível a pressão,(iii) meio para exercer pressão em dita primeira parte de pelo menosuma de ditas pelo menos duas câmaras.

2. Sistema de processamento de fluido de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos uma de ditas primeiraspartes de ditas pelo menos duas câmaras ser conectada a um transdutor depressão.

3. Sistema de processamento de fluido de acordo com areivindicação (1) ou (2), caracterizado pelo fato de pelo menos uma das ditasprimeiras partes de ditas pelo menos duas câmaras ser conectada a um sensorde temperatura.

4. Sistema de processamento de fluido de acordo com qualqueruma das reivindicações (1) a 3, caracterizado pelo fato de dito meio paraexercer pressão ser um meio único de pressão conectado através de uma linhade suprimento de pressão a cada uma das pelo menos duas câmaras, ditaslinhas de suprimento de pressão compreendendo uma válvula para cada umadas ditas pelo menos duas câmaras permitindo conectar ou desconectar ditacada uma de ditas pelo menos duas câmaras de dito meio para exercerpressão.

5. Sistema de processamento de fluido de acordo com areivindicação 4, caracterizado pelo fato de dita uma válvula para cada uma deditas pelo menos duas câmaras ser uma válvula 3/2.

6. Sistema de processamento de fluido de acordo com qualqueruma das reivindicações (1) a 5, caracterizado pelo fato de pelo menos uma deditas pelo menos duas câmaras ter sua dita segunda parte conectadadiretamente a duas ou mais câmaras por um ou mais canais, no qual pelomenos um de ditos um ou mais canais incorpora uma válvula unidirecionalsensível a pressão.

7. Sistema de processamento de fluido de acordo com areivindicação 6, caracterizado pelo fato de dita pelo menos uma de ditas pelomenos duas câmara ser posicionada a jusante de pelo menos duas de ditasduas ou mais câmaras.

8. Sistema de processamento de fluido de acordo com areivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de dita pelo menos uma de ditaspelo menos duas câmara ser posicionada a montante de pelo menos duas deditas duas ou mais câmaras.

9. Sistema de processamento de fluido de acordo com qualqueruma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de ainda compreenderuma linha de descarga que conecta a primeira parte de todas as câmarasatravés de ditas válvulas 3/2.

10. Sistema de processamento de fluido de acordo com areivindicação 9, caracterizado pelo fato de dita linha de descarga nãocompreender um reservatório de ar.

11. Sistema de processamento de fluido de acordo com areivindicação 9, caracterizado pelo fato de ainda compreender um reservatóriode ar conectado à dita linha de descarga.

12. Sistema de processamento de fluido de acordo comqualquer uma das reivindicações 6 a 11, caracterizado pelo fato de dita pelomenos uma de ditas pelo menos duas câmaras poder conectar ou desconectarde maneira seletiva sua dita segunda parte para qualquer uma de ditas duas oumais câmaras selecionando posições de uma válvula de diversas posições.

13. Sistema de processamento de fluido de acordo comqualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de duas ou mais deditas pelo menos duas câmaras diferirem em dimensão.

14. Método para determinar o volume AV de um fluido nãogasoso que foi transferido de uma câmara para uma outra câmara de volumeconhecido V8 em um sistema de processamento de fluido como definido emqualquer uma das reivindicações (1) a 13, caracterizado pelo fato decompreender as etapas de:(i) medir a pressão P8 da primeira parte da câmara de recebimentoantes de dita transferência,(ii) medir a pressão P8' na primeira parte da câmara de recebimentodepois de dita transferência,(iii) resolver a equação a seguirAV = V8(1-P8/P8')

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de compreender ao invés da etapa (iii) dela, as etapas de:(i) medir a temperatura T8 na primeira parte da câmara de recebimentoantes de dita transferência,(ii) medir a temperatura T8' na primeira parte da câmara derecebimento depois de dita transferência, (iii) resolver a equação aseguir: AV = V8'(P8T8/T8'P8-1)

16. Dispositivo biossensor para análise de um fluido quecontém uma ou mais moléculas de analito a serem detectadas, caracterizadopelo fato de compreender:um sistema de processamento de fluido compreendendo:(i) pelo menos duas câmaras, cada uma de ditas câmaras sendoseparada em uma primeira e uma segunda parte por uma membranaflexível, dita primeira parte compreendendo essencialmente um gáse dita segunda parte compreendendo essencialmente um fluido nãogasoso, um meio de entrada e/ou de saída,(ii) um ou mais canais conectando dita segundas partes de ditas pelomenos duas camadas, no qual pelo menos um de ditos um ou maiscanais inclui uma válvula unidirecional sensível a pressão,(iii) meio para exercer pressão em dita primeira parte de pelo menosuma de ditas pelo menos duas câmaras,no quala) uma das pelo menos duas câmaras é qualquer uma de: umacâmara de amplificação PCR (25), uma câmara de detecção (27),uma câmara de Iise de célula, uma câmara de purificação, umacâmara de lavagem, uma câmara de incubação, uma câmara deciclagem térmica, uma câmara de extração de fragmento decélula, oub) uma entrada ou uma saída de pelo menos uma das pelo menosduas câmaras é conectável diretamente a qualquer um dentre:uma câmara de amplificação PCR (25), uma câmara de detecção(27), uma câmara de Iise de célula, uma câmara de purificação,uma câmara de lavagem, uma câmara de incubação, uma câmarade ciclagem térmica, uma câmara de extração de fragmento decélula.

17. Dispositivo biossensor de acordo com a reivindicação (16),caracterizado pelo fato de a câmara de detecção incluir um substrato sólidobiossensor (30) que compreende uma ou mais sondas capazes de ligarespecificamente ditas uma ou mais moléculas de analito.

18. Dispositivo biossensor de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de ainda compreender um detector para analisar ditosubstrato biossensor depois que dito fluido de amostra tenha contatado ditosubstrato sólido biossensor de modo a determinar a presença de dita uma oumais moléculas de analito.

19. Método para processar um líquido de amostra,caracterizado pelo fato de compreender:processar o líquido de amostra utilizando pelo menos duascâmaras, cada uma de ditas câmaras sendo separada em uma primeira e umasegunda parte por uma membrana flexível, dita primeira parte compreendendoessencialmente um gás, e dita segunda parte compreendendo essencialmenteum fluido não gasoso, um meio de entrada e/ou de saída, um ou mais canaisconectando ditas segundas partes de ditas pelo menos duas câmaras, no qualpelo menos um de ditos um ou mais canais inclui uma válvula unidirecionalsensível a pressão, o método ainda compreendendo exercer pressão em ditaprimeira parte de pelo menos uma de ditas pelo menos duas câmaras paratransferir líquido de amostra.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizadopelo fato de o método ser para análise de um líquido de amostra que contémuma ou mais moléculas de analito, pelo menos alguma etapa do método sendoqualquer uma de: amplificação PCR, detecção, ciclagem térmica, Iise decélula, extração de fragmento de célula, lavagem, purificação e incubação.