BRPI0715801A2 - sistema e mÉtodo para determinar propriedades de partÍculas, sistema de processamento para executar um mÉtodo, produto de programa de computador, dispositivo de armazenamento de dados de legÍvel por mÁquina, e, transmissço dos produtos de programa de computador - Google Patents
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Abstract
SISTEMA E MÉTODO PARA DETERMINAR PROPRIEDADES DE PARTÍCULAS, SISTEMA DE PROCESSAMENTO PARA EXECUTAR UM MÉTODO, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR, DISPOSITIVO DE ARMAZENAMENTO DE DADOS DE LEGÍVEL POR MÁQUINA, E, TRANSMISSçO DOS PRODUTOS DE PROGRAMA DE COMPUTADOR. Um sistema (100) para determinar propriedades de partículas é descrito, em que propriedades elásticas de partículas podem ser estudadas. O sistema (100) tipicamente inclui uma estrutura microporosa (110) tendo um primeiro lado e um segundo lado, a estrutura microporosa incluindo uma pluralidade de microporos se estendendo do primeiro lado ao segundo lado. Usando um meio (120) para gerar uma diferença de pressão através da estrutura microporosa, partículas providas ao primeiro lado do microporos (113) são passadas pelo menos parcialmente nos microporos e deformadas. Um detector (130) é provido detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos (113), assim permitindo obter informação sobre a deformação das partículas.
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"SISTEMA E MÉTODO PARA DETERMINAR PROPRIEDADES DE PARTÍCULAS, SISTEMA DE PROCESSAMENTO PARA EXECUTAR UM MÉTODO, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR, DISPOSITIVO DE ARMAZENAMENTO DE DADOS DE LEGÍVEL POR MÁQUINA, E, TRANSMISSÃO DOS PRODUTOS DE PROGRAMA DE COMPUTADOR"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção relaciona-se a um sistema para determinar propriedades de partículas biológicas e a um método para determinar propriedades de células biológicas. Mais em particular, o sistema relaciona-se a determinar propriedades citosqueléticas tal como elasticidade citosquelética e capacidade de deformação de células biológicas.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO
Detecção de células malignas tipicamente pode permitir detecção de doenças em uma fase precoce. O anterior é muito freqüentemente benéfico, como tratamento de doenças em uma fase precoce tipicamente pode aumentar a chance de uma cura bem sucedida ou reduzir a chance de uma doença se desenvolver em uma doença fatal. É bem conhecido que propriedades citosqueléticas de células biológicas estão correlatadas com função de célula. Em particular, foi mostrado que a elasticidade citosquelética muda significativamente como uma função de progressão de câncer. Medindo a elasticidade de célula, portanto, é em princípio possível detectar células malignas únicas e células pré-cancerosas - células transformadas malignamente são mais fáceis de se deformar - e isto abre a possibilidade para monitorar o progresso de câncer pré-invasivo para invasivo.
US2006/01019836 Al expõe uma unidade de medição e um método para medir capacidade de deformação de partícula de sangue. O sistema inclui um vaso de amostra de sangue e um vaso de sangue de resíduo que se comunicam por meio de um canal de fenda. A unidade de medição ademais inclui uma tela na qual imagens difratadas das células são projetadas, e uma unidade de captura de imagem para capturar as imagens difratadas. A unidade de medição ademais inclui um gerador de pressão diferencial para gerar uma diferença de pressão entre o vaso de amostra de sangue e o vaso de sangue de resíduo. Devido à diferença de pressão, a amostra de sangue fluirá pelo canal de fenda do vaso de amostra de sangue para o vaso de sangue de resíduo. Devido a forças de cisalhamento trabalhando na amostra de sangue fluindo dentro do canal de fenda, as células de sangue são deformadas. Imagens de células de sangue deformadas são feitas usando a tela e a unidade de captura de imagem. Através de um meio de cálculo, e levando em conta a força de cisalhamento trabalhando nas células de sangue, a capacidade de deformação das células de sangue é calculada.
As técnicas existentes para medir a elasticidade de células têm uma limitação: requer preparação de amostra tediosa, que limita o número de células investigadas por amostra e normalmente exclui aplicações em diagnósticos clínicos. A detecção de uma quantidade pequena de células afetadas, tendo um capacidade de deformação diferente quando comparada com as numerosas células não afetadas na amostra é freqüentemente problemático ou difícil.
Também, os métodos presentemente conhecidos para medir propriedades citosqueléticas tais como elasticidade citosquelética e capacidade de deformação de células biológicas requer células biológicas serem preparadas. Como um exemplo, em medição in vivo em corpo humano ou animal não é possível, e precisa de extração de células biológicas. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
É um objetivo da presente invenção habilitar boa determinação de propriedades de partículas, por exemplo partículas ou células biológicas. O objetivo anterior é realizado por um método e dispositivo de acordo com a presente invenção.
A presente invenção relaciona-se a um sistema para determinar propriedades de partículas, o sistema incluindo uma estrutura microporosa tendo um primeiro lado e um segundo lado, a estrutura microporosa incluindo uma pluralidade de microporos se estendendo do primeiro lado ao segundo lado, um meio para gerar uma diferença de pressão através da estrutura microporosa para deformar partículas providas ao primeiro lado da estrutura microporosa nos microporos e para passar as partículas pelo menos parcialmente nos microporos, e um detector para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos. Gerar uma diferença de pressão através da estrutura
microporosa pode ser gerar uma pressão que é mais alta no primeiro lado da estrutura microporosa do que no segundo lado da estrutura microporosa. O sistema como assunto da presente invenção permite a um número grande de partículas, por exemplo partículas biológicas tais como por exemplo células biológicas, ser contido pela estrutura porosa, mas se estender a alguma extensão nos poros, mesmo parcialmente pelos poros na segunda superfície, ou passar completamente pelos poros a uma dada pressão. As propriedades determinadas das partículas biológicas podem habilitar um médico tomar uma decisão sobre a presença e o progresso de influenciar as partículas biológicas, por exemplo induzida por um câncer, contanto que o médico leve em conta o tipo de partículas que foram examinadas e o tipo de influência que está sob consideração.
O detector para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos pode ser um detector para detectar quantitativamente e/ou qualitativamente a presença de partículas tendo passado completamente pelos microporos.
A estrutura microporosa pode ter uma primeira superfície principal no primeiro lado da estrutura microporosa e uma segunda superfície principal no segundo lado da estrutura microporosa. O meio para gerar uma diferença de pressão através da estrutura microporosa pode ser um meio para reter e deformar partículas, providas ao primeiro lado da estrutura microporosa, nos microporos. O detector pode ser um detector para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a uma distância predeterminada da primeira superfície a presença das partículas retidas pelos microporos. A detecção pode ser detectar em uma direção da primeira superfície para a
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segunda superfície. E uma vantagem de tais sistemas que um sistema eficiente é obtido para detectar propriedades de um grande número de células simultaneamente.
O detector pode ser adaptado para detectar material de partícula a uma distância predeterminada da segunda superfície da estrutura microporosa, no segundo lado da estrutura microporosa. Pode ser uma vantagem que o material de estrutura microporosa não contribui ao sinal detectado.
O detector pode ser adaptado para detectar material de partícula entre a primeira superfície e a segunda superfície, a uma distância predeterminada da primeira superfície da estrutura microporosa. É uma vantagem que a forma e elasticidade das partículas podem ser tais que partícula não precisa estar presente no segundo lado da estrutura microporosa, mas que é suficiente para ter material de partícula nos microporos.
O detector pode ter uma profundidade limitada de foco, assim permitindo detectar material de partícula presente a uma distância substancialmente predeterminada da primeira superfície, tanto entre a primeira superfície e a segunda superfície nos poros, ou se estendendo da segunda superfície. O sistema tem a vantagem que diferenças entre partículas tendo uma elasticidade diferente pode facilmente ser visualizada e detectada. Dependendo da elasticidade, para uma dada diferença de pressão, a partícula se estenderá através de um dado comprimento e assim pode estar presente a uma distância da primeira superfície, tanto ainda dentro dos poros entre a primeira e a segunda superfície, ou se estendendo através de uma distância da segunda superfície a um lado da segunda superfície oposta da primeira superfície. Derivando, por exemplo contando, o número de partículas se estendendo da segunda superfície ou se estendendo através de uma distância entre a primeira e a segunda superfície nos poros, a quantidade de partículas sendo suficientemente elásticas para tal extensão pode ser contada para um grande número de partículas sendo contidas pelos numerosos microporos, assim provendo um resultado quantitativo. Medindo o comprimento através do qual as partículas se estendem da primeira superfície, a elasticidade das partículas pode ser determinada. Medindo o número de partículas se estendendo através da segunda superfície em função de seu comprimento estendido da primeira superfície, a distribuição de elasticidade das partículas amostradas pode ser determinada. O detector adaptado para detectar material de partícula a uma
distância predeterminada da primeira superfície da estrutura microporosa pode ser adaptado para detectar material de partícula a uma distância predeterminada selecionável da primeira superfície da estrutura microporosa. O sistema permite visualizar e detectar diferenças entre partículas tendo uma elasticidade diferente, e facilita uma detecção mais qualitativa das propriedades de partícula. O sistema além disso pode ser usado para detectar propriedades de partícula tendo uma elasticidade dentro de uma gama grande. O sistema além disso permite distinguir precisamente entre partículas com primeiras propriedades de partícula e partículas com segundas propriedades de partícula. O detector pode incluir um detector de pixel.
O detector pode ser posicionado no segundo lado da estrutura microporosa. O sistema permite fácil limpeza do sistema, uma vez usado. O risco em contaminação de componentes do sistema estando localizado no segundo lado da estrutura porosa é muito menos que contaminação de componentes do sistema presentes no primeiro lado. Também habilita a membrana porosa contatar tecido biológico, por exemplo durante detecção in vivo, como nada do sistema é para estar presente na primeira superfície da membrana porosa. Quando o sistema é colocado em fluxo cruzado com o fluido incluindo partículas das quais as propriedades são para serem determinadas, permite renovar as partículas, por exemplo partículas biológicas presentes na primeira superfície fluindo atrás facilmente.
O meio para gerar uma diferença de pressão através da estrutura microporosa pode ser adaptado para gerar uma pluralidade de diferenças de pressão selecionáveis através da estrutura microporosa. Fazendo medições como função da diferença de pressão aplicada através da primeira e segunda superfícies, informação adicional ou propriedades da partícula biológica podem ser determinadas. Devido à diferença de pressão, algumas partículas mais elásticas podem se estender da primeira à segunda superfície, e possivelmente estarem presentes no segundo lado, ou podem passar pelos poros de uma diferença de pressão particular adiante.
A estrutura microporosa pode ser transparente e o sistema pode ser adaptado para detectar no primeiro lado um valor relacionado a tamanho de partícula das partículas retidas nos microporos. Este sistema tem a vantagem que o tamanho das partículas biológicas, ou o tamanho médio, pode ser medido. A elasticidade, que pode ser determinada pela detecção de presença a uma distância determinada da primeira superfície, possivelmente na segunda superfície, pode ser ajustada como função do diâmetro de partícula ou tamanho de partícula atual. O detector inclui uma fonte de iluminação para prover a um
segundo lado da estrutura microporosa um feixe de iluminação substancialmente paralelo com a estrutura microporosa e um detector adaptado para detectar absorção de luz no feixe de iluminação devido à interação com material de partícula. É uma vantagem de um tal sistema de detecção que permite detectar o número de partículas se estendendo da segunda superfície da estrutura microporosa à dada distância da segunda superfície, ou o número de partículas passadas da estrutura porosa pelos poros, por interpretação da quantidade de luz absorvida em função do coeficiente de absorção de luz do material de partícula.
O detector pode incluir uma fonte de iluminação para prover iluminação incidente lateral para material de partícula no segundo lado da estrutura microporosa e um detector sendo adaptado para detectar uma sombra obtida por interação da iluminação e o material de partícula. Este sistema permite determinar facilmente a distância de extensão da segunda superfície das partículas presentes no segundo lado medindo o comprimento da sombra.
A estrutura microporosa pode ser qualquer de uma membrana microporosa ou uma micropeneira. A membrana pode ter superfícies substancialmente planas, permitindo detecção fácil de presença de material de partícula a uma distância predeterminada da primeira superfície, possivelmente no segundo lado da estrutura microporosa.
O sistema ademais pode incluir um sistema de processamento para calcular as propriedades das partículas baseado na presença detectada quantitativamente e/ou qualitativamente a uma distância predeterminada da primeira superfície, possivelmente na segunda superfície de material de partícula de partículas retidas nos microporos ou baseado na quantidade de partículas passadas pelos poros para uma dada diferença de pressão ou em função das diferenças de pressão usadas. O sistema pode ser um sistema para determinar propriedades de partículas tendo um diâmetro de partícula médio, em que os microporos têm um diâmetro de poro entre 100 μηι e 0,01 μπι, tal como na gama de 0,1 μηι a 100 μπι, por exemplo entre 50 μηι e 0,1 μηι, mais preferido na gama de 1,0 μπι a 10 μιη.
O sistema pode ser um sistema endoscópico. O endoscópio pode ser usado para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente in vivo a presença a uma distância predeterminada da primeira superfície, possivelmente na segunda superfície de material de partícula das partículas retidas nos microporos. Isto pode evitar extração de tecido de corpo humano ou animal. O endoscópio pode ser usado para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente in vivo a presença, e o número de partículas passando pelos microporos. Os endoscópios permitem gerar informação que pode ser usada por um médico mis tarde em tomar uma decisão sobre a presença e o progresso de uma doença das células biológicas, por exemplo uma doença devido a câncer, contanto que o médico leve em conta o tipo de partículas que foram examinadas e o tipo de doença que está sob consideração.
A presente invenção também relaciona-se a um método para determinar propriedades de partículas in vitro, o método incluindo as etapas de prover partículas a um primeiro lado de uma estrutura microporosa, deformar as partículas no primeiro lado a microporos da estrutura microporosa aplicando uma diferença de pressão pela estrutura microporosa e passar as partículas pelo menos parcialmente nos microporos, e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos. A estrutura microporosa pode ter uma primeira superfície
principal no primeiro lado da estrutura microporosa e uma segunda superfície principal a um segundo lado da estrutura microporosa, e o método pode incluir reter as partículas no primeiro lado aplicando a diferença de pressão pela estrutura microporosa, e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente uma presença de material de partícula das partículas a uma distância predeterminada da primeira superfície em uma direção da primeira superfície para a segunda superfície. O método como assunto da presente invenção permite a um grande número de partículas ser retido pela estrutura porosa. Devido à diferença de pressão, algumas partículas mais elásticas podem se estender da primeira à segunda superfície, se estendendo nos poros entre a primeira superfície e a segunda superfície ou até mesmo se estendendo da segunda superfície, isto é, estarem presentes no segundo lado, ou até mesmo passar pelos poros. Dependendo da elasticidade, para uma dada diferença de pressão, a partícula se estenderá através de um dado comprimento da primeira superfície ou até mesmo pelos poros. Contando o número de partículas se estendendo da primeira superfície através de uma distância predeterminada, possivelmente contando a presença de partículas nos dados microporos ao longo da segunda superfície ou até mesmo contando o número de partículas passadas pelos poros, a quantidade de partículas sendo suficientemente elásticas para extensão até uma distância predeterminada da primeira superfície ou até mesmo além da segunda superfície até mesmo pelos poros, pode ser contado para um grande número de partículas sendo retidas pelos numerosos microporos. Medindo o comprimento através do qual a partícula se estende da primeira superfície, possivelmente além da segunda superfície, a elasticidade da partícula pode ser determinada. Medindo o número de partículas se estendendo da primeira superfície em função de seu comprimento estendido da primeira superfície, em particular quando as partículas se estendem além da segunda superfície, a distribuição de elasticidade das partículas amostradas pode ser determinada. Fazendo as medições supracitadas como função da diferença de pressão aplicada através da primeira e segunda superfícies, informação adicional ou propriedades das partículas pode ser determinada. As propriedades determinadas das partículas podem habilitar um médico tomar uma decisão sobre a presença e o progresso de uma doença das células biológicas, por exemplo uma doença devido a câncer, contanto que o médico leve em conta o tipo de partículas que foram examinadas e o tipo de doença que está sob consideração.
O método pode ademais incluir variar a diferença de pressão através da estrutura microporosa, e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula a uma distância predeterminada da primeira superfície como função da diferença de pressão. Fazendo as medições supracitadas como função da diferença de pressão aplicada através da primeira e segunda superfícies, informação adicional ou propriedades da partícula podem ser determinadas.
O método ademais pode incluir medir o tamanho de partícula, e usar o tamanho de partícula medido para ajustar a presença detectada qualitativamente e/ou quantitativamente a uma distância predeterminada da primeira superfície de material de partícula de partículas retidas nos microporos.
O tamanho das células biológicas, ou o tamanho médio, pode ser medido. A elasticidade ou outras propriedades, que podem ser determinadas pela detecção de presença a uma distância predeterminada da primeira superfície ou até mesmo na segunda superfície, podem ser ajustadas em função do diâmetro de partícula ou tamanho de partícula atual.
As propriedades de elasticidade das partículas podem ser determinadas baseado na presença detectada qualitativamente e/ou quantitativamente de material de partícula. A elasticidade tipicamente é uma das propriedades que mudam devido à doença de material biológico, isto é, células biológicas. E uma propriedade relativamente precisa para um médico levar em conta durante a feitura de um diagnóstico sobre a presença e estado de doença de células biológicas.
A presente invenção além disso relaciona-se a um método para determinar propriedades de partículas, o método incluindo prover partículas a um primeiro lado de uma estrutura microporosa, deformar as partículas no primeiro lado a microporos da estrutura microporosa aplicando uma diferença de pressão pela estrutura microporosa, e passar as partículas pelo menos parcialmente nos microporos, e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos.
A estrutura microporosa pode ter uma primeira superfície principal no primeiro lado da estrutura microporosa e uma segunda superfície principal a um segundo lado da estrutura microporosa, por meio de que o método pode incluir reter as partículas no primeiro lado a microporos da estrutura microporosa aplicando a diferença de pressão pela estrutura microporosa e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente uma presença de material de partícula das partículas a uma distância predeterminada da primeira superfície, em uma direção da primeira superfície para a segunda superfície.
Prover partículas a um primeiro lado de uma estrutura microporosa pode incluir contatar endoscopicamente tecido de corpo com uma estrutura microporosa.
A presente invenção também relaciona-se a um sistema de processamento para executar um método para determinar propriedades de células biológicas, o sistema de processamento incluindo um detector para detectar quantitativamente e/ou qualitativamente a presença de material de partícula de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos de uma estrutura microporosa para partículas providas a um primeiro lado da estrutura microporosa e passadas pelo menos parcialmente nos microporos da estrutura microporosa usando uma diferença de pressão através da estrutura microporosa, e um sistema para determinar propriedades de elasticidade das partículas baseado em determinar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula. O detector para determinar a presença de material de partícula
pode incluir um analisador para analisar automaticamente uma imagem de material de partícula a uma distância predeterminada da primeira superfície, possivelmente no segundo lado de uma estrutura microporosa ou material de partícula passado pelos poros da estrutura microporosa, para uma pluralidade de partículas providas ao primeiro lado da estrutura microporosa. O sistema para determinar propriedades de elasticidade pode incluir meio para levar em conta a diferença de pressão e para levar em conta propriedades mecânicas da estrutura microporosa. Também pode incluir meio para levar em conta um tamanho de partícula medido para determinar as propriedades de elasticidade.
A presente invenção além disso relaciona-se a um produto de programa de computador para, quando executado em uma meio de computação, executar um método para determinar propriedades de partículas, o método incluindo detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos de uma estrutura microporosa para partículas providas a um primeiro lado da estrutura microporosa e passadas pelo menos parcialmente nos microporos da estrutura microporosa usando uma diferença de pressão através da estrutura microporosa, e determinar propriedades de elasticidade das partículas baseado em determinar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula.
Determinar a presença de material de partícula pode incluir analisar automaticamente uma imagem de material de partícula a uma distância predeterminada da primeira superfície em uma direção da primeira superfície para a segunda superfície, possivelmente no segundo lado de uma estrutura microporosa para uma pluralidade de partículas retidas na estrutura microporosa. Determinar propriedades de elasticidade pode incluir levar em conta a diferença de pressão e levar em conta propriedades mecânicas da estrutura microporosa. Também pode incluir levar em conta um tamanho de partícula medido para determinar as propriedades de elasticidade.
A presente invenção também relaciona-se a um dispositivo de armazenamento de dados de legível por máquina armazenando o produto de programa de computador como descrito acima e/ou a transmissão de tais produtos de programa de computador através de uma rede de telecomunicações de área local ou ampla.
E uma vantagem que determinação de propriedades de partículas baseada em medições feitas em um grande número de partículas pode ser habilitada. Também é uma vantagem que determinação de propriedades divergentes de um número pequeno de partículas em um grande número de partículas é facilitada, conduzindo a sistemas precisos.
Aspectos da invenção particulares e preferidos estão mostrados nas reivindicações independentes e dependentes acompanhantes. Características das reivindicações dependentes podem ser combinadas com características das reivindicações independentes e com características de outras reivindicações dependentes como apropriado e não somente como mostrado explicitamente nas reivindicações.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características anteriores e outras, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão aparentes da descrição detalhada seguinte, tomada junto com os desenhos acompanhantes, que ilustram por meio de exemplo os princípios da invenção. Esta descrição é dada só por causa de exemplo, sem limitar a extensão da invenção. As figuras de referência citadas abaixo se referem aos desenhos anexos.
Figura 1 é uma vista de seção transversal esquemática de um primeiro sistema de acordo com concretizações da presente invenção.
Figura 2 é uma vista detalhada da estrutura porosa como pode ser usada em um sistema como mostrado na Figura 1.
Figura 3 é uma vista aumentada de uma micropeneira como pode ser usado em um sistema da Figura 1.
Figura 4 e Figura 5 são vistas de seção transversal esquemáticas de sistemas de acordo com concretizações da presente invenção.
Figura 6 é uma representação esquemática de um sistema sendo um endoscópio, de acordo com concretizações da presente invenção. Figura 7 mostra esquematicamente um sistema de processamento para executar um método para determinar propriedades de partículas de acordo com concretizações da presente invenção.
Nas figuras diferentes, os mesmos sinais de referência se referem aos mesmos elementos ou análogos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES
A presente invenção será descrita com respeito a concretizações particulares e com referência a certos desenhos, mas a invenção não está limitada a isso, mas só pelas reivindicações. Qualquer sinal de referência nas reivindicações não deverá ser interpretado como limitando a extensão. Os desenhos descritos só são esquemáticos e são não limitantes. Nos desenhos, o tamanho de alguns dos elementos pode ser exagerado e não desenhado em escala para propósitos ilustrativos. Onde o termo "incluindo" é usado na presente descrição e reivindicações, não exclui outros elementos ou etapas. Onde um artigo indefinido ou definido é usado ao se referir a um substantivo singular por exemplo "um" ou "uma", "o", isto inclui um plural desse substantivo a menos que qualquer outra coisa seja declarada especificamente.
Além disso, os termos primeiro e segundo e similar na descrição e nas reivindicações, são usados para distinguir entre elementos semelhantes e não necessariamente para descrever uma ordem seqüencial ou cronológica. É para ser entendido que os termos assim usados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as concretizações da invenção descritas aqui são capazes de operação em outras seqüências que não as descritas ou ilustradas aqui.
Além disso, o termo através e similar na descrição e nas reivindicações são usados para propósitos descritivos e não necessariamente para descrever posições relativas. É para ser entendido que os termos assim usados são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que as concretizações da invenção descritas aqui são capazes de operação em outras orientações que não as descritas ou ilustradas aqui.
Os termos ou definições seguintes são providas somente para ajudar na compreensão da invenção. Estas definições não deveriam ser interpretadas ter uma extensão menos que entendida por uma pessoa de habilidade ordinária na arte.
O termo "óptico" e "iluminação" na presente aplicação pode ser radiação visual, infravermelha ou ultravioleta, embora a invenção não esteja limitada a isso. Outra parte do espectro eletromagnético também pode ser imaginada com esta terminologia. O termo "microporo" é para ser entendido como um poro muito fino com dimensões em gama de mícron e submícron. O termo "tamanho de poro" é para ser entendido como o diâmetro de poro médio. Tipicamente, o diâmetro médio pode estar entre 100 μιτι e 0,01 μπι, tal como na gama de 0,1 μηι a 100 μπι, por exemplo entre 50 μπι e 0,1 μπι, mais preferido na gama de 1,0 μιη a 10 μηι. Os poros podem ser circulares, porém poros podem ter formas não circulares, por exemplo formas retangulares ou ovais. No caso de poros não circulares, "diâmetro médio" de um dado poro é para ser entendido como o diâmetro de um círculo imaginário tendo a mesma área de superfície como o dado poro.
O termo "poro" é para ser entendido como uma área aberta se estendendo de um lado da estrutura ao outro lado da estrutura, isto é, formando um canal. O poro preferivelmente tem dimensões de seção transversal substancialmente constantes, isto é, um diâmetro substancialmente constante no caso de seções transversais circulares, ou comprimento e largura substancialmente constantes em seção transversal no caso que os poros têm uma seção transversal como fenda.
O termo "uma distância 'x' da primeira superfície da estrutura microporosa" depois disso é para ser entendido como uma distância 'x' medida em uma direção da primeira superfície para a segunda superfície, assim se estendendo para a segunda superfície, longe da primeira superfície. O termo "uma distância 'y' da segunda superfície da estrutura microporosa" depois disso é para ser entendido como uma distância 'y* medida em uma direção da primeira superfície para a segunda superfície, assim se estendendo longe da primeira e da segunda superfícies.
O termo "tamanho de partícula" de uma dada partícula é para ser entendido como o diâmetro de um círculo imaginário tendo o mesmo volume da dada partícula. As partículas sob estudo podem por exemplo ser partículas biológicas tais como células biológicas incluindo, mas não limitadas a células procarióticas, tais como células bacterianas ou células fungicas, células eucarióticas tais como células de mamífero, ou derivados de partícula tais como esferoblastos. As partículas biológicas também podem ser pequenos agrupamento tecidos ou agrupamentos de célula. As partículas também podem ser partículas inanimadas tais como cadeias de polímero, por exemplo cadeias de látex ou poliestireno, células artificiais tais como por exemplo lipossomas, micelas, polimerossomas, microcápsulas, etc. Células eucarióticas podem incluir quaisquer células que são usadas em diagnósticos, por exemplo células de tecido canceroso suspeito, células epiteliais, linfócitos, macrofagócitos, fibroblastos, células PC12, queratinócitos e células de melanoma. As partículas preferivelmente são partículas esféricas, embora a invenção não esteja limitada a isso. Elas também podem ser partículas não esféricas tais como por exemplo células musculares e neurais, fibroblastos, ou outras células não esféricas tais como por exemplo bactérias em forma de bastão. Os poros podem ser por exemplo também retangulares ou ovais. Em uma primeira concretização do primeiro aspecto da
presente invenção, um sistema para determinar propriedades de partículas, por exemplo partículas biológicas, como assunto da presente invenção, é provido. Um sistema exemplar é mostrado esquematicamente em seção transversal na Figura 1. O sistema 100 inclui uma estrutura microporosa 110 tendo um primeiro lado formado por uma primeira superfície principal 111 e um segundo lado formado por uma segunda superfície principal 112 da estrutura, a estrutura também incluindo uma pluralidade de microporos 113 se estendendo do primeiro lado ao segundo lado. O segundo lado pode ser tipicamente oposto ao primeiro lado com respeito à estrutura microporosa 110. O sistema 100 além disso inclui um meio 120, 160 para gerar uma diferença de pressão de fluido pelo sistema microporoso, isto é, uma pressão mais alta no primeiro lado do que no segundo lado, para deformar partículas 140 providas aos microporos e para passar as partículas pelo menos parcialmente nos microporos, e nesta concretização para reter ou conter partículas 140 providas ao primeiro lado nos microporos. Este meio também é referido como gerador de diferença de pressão. Este meio para gerar pressão de fluido através do sistema microporoso pode ser um meio 120 para criar uma subpressão no segundo lado da estrutura microporosa 110, um meio 160 para prover uma sobrepressão no primeiro lado da estrutura microporosa 110, ou uma combinação de ambos. O sistema 100 também pode incluir um detector 130 incluindo um detector 131 para detectar quantitativamente e/ou qualitativamente a presença de material de partícula das partículas a uma distância predeterminada da primeira superfície 111, isto é, se estendendo para microporos até uma distância entre a primeira superfície lllea segunda superfície 112 nos microporos, ou até mesmo além da segunda superfície 112 no segundo lado da estrutura microporosa 110, quais partículas são retidas nos microporos. O detector 131 também pode ser útil para detectar outras características qualitativas ou quantitativas ou propriedades do material de partícula contido nos microporos que são deformadas e passadas pelo menos parcialmente nos microporos. O detector 130 pode ser adequado para medir deformação enquanto a membrana de célula está em algum lugar entre a primeira e segunda superfícies. Detectar uma presença de material de partícula no segundo lado também pode incluir detectar a presença de material de partícula a uma distância predeterminada da segunda superfície principal 112 no segundo lado da estrutura microporosa 110. Medindo da primeira superfície (111), a distância através da qual o material de partícula incha da primeira superfície para a segunda superfície, e possivelmente além da segunda superfície, está tipicamente entre 0% e 200% do tamanho de poro, isto é, o diâmetro de poros médio.
Em uso, partículas são retidas ou 'aprisionadas' nos poros 113 da estrutura microporosa 110 na primeira superfície principal 111 da estrutura, tal como uma membrana microporosa, por meio de uma diferença de pressão hidrostática através da estrutura, por exemplo uma membrana. Como mostrado em mais detalhe na Figura 2, se o diâmetro menor Dc for maior do que o diâmetro de poro médio Dp, as partículas 141, 142 serão empurradas no poro 113 e a parede de partícula se deformará. O sistema é especialmente útil para estudar partículas com um diâmetro médio tal que a relação diâmetro de partícula/diâmetro de poro esteja dentro da gama 1,01 a 10, preferivelmente 1,1 a 2. A deformação é dependente da diferença de pressão através da estrutura microporosa 110, da relação de tamanho de partícula e tamanho de poro, e da elasticidade de parede da partícula 141, 142. Desde que células podem variar fortemente em tamanho, o diâmetro de poro pode ser mantido significativamente menor do que o tamanho de partícula médio. Do lado traseiro (saída) da estrutura microporosa, isto é, para a segunda superfície principal 112, a presença de uma partícula 141 ou 142 pode ser medida a esta segunda superfície 112, a uma dada distância da segunda superfície 112 ou a uma dada distância da primeira superfície se estendendo entre a primeira e a segunda superfícies. Na presente aplicação, o lado traseiro da estrutura microporosa 110 é aquele lado do estrutura microporosa 110 ao qual partículas a serem estudadas não são apertadas pelo pressão diferencial. De detecção da presença ou visibilidade de uma partícula a uma distância do primeiro lado, preferivelmente ao se estender além do segundo lado, a uma dada pressão, a deformação e conseqüentemente a elasticidade da partícula pode ser determinada. É uma vantagem que uma estrutura microporosa com muitos poros permite uma captura e medição simultâneas de muitas partículas. Uma partícula a ser identificada 142 tendo uma elasticidade alterada, por exemplo células transformadas ou afetadas, inchará mais distante ou menos distante dentro e pelos poros 113 comparadas a partículas tendo elasticidade "normal", fazendo-as facilmente detectáveis. Detectando qualitativamente a presença de pelo menos uma partícula a uma distância Ddl da primeira superfície, e/ou Dd2 da segunda superfície 112, a presença de partículas 142 com elasticidade alterada pode ser detectada dentro das numerosas partículas 141 com elasticidade 'normal'. A fim de determinar a elasticidade 'normal' ou de referência de partículas, uma medição de calibração só em partículas saudáveis pode ser executada. Conhecendo o número de poros 113 por unidade de superfície da estrutura porosa, e levando em conta um grau de enchimento dos poros, por exemplo um enchimento de 100% dos poros (isto é, cada poro é provido com uma célula), a quantidade de partículas tendo elasticidade aumentada quando comparada com a quantidade total de partículas ou a quantidade de partículas com elasticidade normal pode ser determinada contando quantitativamente o número de partículas presentes a distância Ddl e/ou Dd2.
Para uma detecção fácil é preferido que a estrutura microporosa 110 seja fina e plana. Uma espessura típica do estrutura microporosa 110 pode ser tal que seja substancialmente menor do que o diâmetro médio das partículas, por exemplo células biológicas a serem estudadas. A espessura pode estar por exemplo na gama de 1,0 vez o diâmetro de poro médio ou menor, por exemplo 0,1 vez o diâmetro de poro médio ou menor. Uma espessura de 0,1 μιτι a 5,0 μηι é preferida. Um exemplo adequado de uma estrutura microporosa 110, a invenção não estando limitada a isso, são micropeneiras. Estes são membranas finas com poros uniformes 301, por exemplo feitos através de gravação por corrosão. Um processo litográfico pode ser executado para gerar um padrão de poros na membrana. Outros tipos de estruturas microporosas 110 também podem ser usados, tal como por exemplo membrana gravada por corrosão de trilha pode ser usada.
Um exemplo de uma tal micropeneira 300 é dada na Figura 2 e Figura 3. Como um exemplo, o tamanho de poro dos poros 301 na Figura 3 é 0,7 μηι, mas o projeto pode ser ajustado facilmente a um tamanho que casa com as partículas que devem ser analisadas. Tipicamente, a estrutura microporosa 110 pode ser feita de qualquer material adequado, por exemplo um material cerâmico, um material de semicondutor tal como por exemplo nitreto de silício ou óxido de silício, ou um material de polímero tal como por exemplo poliamida ou policarbonato, ou carboneto de silício, óxido de alumínio, metal (por exemplo cobre, níquel, ouro, prata, alumínio, titânio). Em geral como mostrado na Figura 1, Figura 2 e Figura 3, é preferido que para determinar propriedades de partículas biológicas tendo um dado diâmetro de partícula médio Dc, os microporos 113, 301 tenham um diâmetro de poro Dp de 0,1 μηι a 50 μηι. O número de microporos presentes na membrana pode ser grande. O número de microporos pode ser por exemplo tal que uma porosidade de mais que 1%, preferivelmente mais que 10%, ainda mais preferivelmente de mais que 20% seja obtida. No caso que a relação de tamanho de poro e tamanho de partícula é pequena, isto é, as partículas são significativamente maiores que o tamanho de poro médio, porosidades mais baixas são preferidas. Isto a fim de evitar partículas cobrindo mais de um poro da membrana. Quanto maior o número de microporos, mais locais são providos para detectar propriedades de partícula.
Com respeito à pressão a ser aplicada, suponha que o diâmetro de poro é 10 μιη. A diferença de pressão requerida para uma força resultante Fp de 1 nN é igual à relação de força e área de poro A:
Fp _ IO'9
A 7Γ(5.ΚΓ6)'
Ap=-f= =13 Pa 13 Pa é uma diferença de pressão muito baixa. As estruturas microporosas tais como membrana ou micropeneiras normalmente pode resistir a diferenças de pressão acima de 1 bar (=IO5 Pa). Em outras palavras: deformações grandes podem ser obtidas como diferenças de pressão maiores são permitidas por estruturas microporosas como descrito acima, que é vantajoso para detecção. Especialmente quando inchamento além da segunda superfície é medido, isto é, o comprimento de extensão Dd2 da segunda superfície em função de diferença de pressão, uma medida para a elasticidade de parede de partícula pode ser determinada. A membrana ou micropeneiras deveriam ser projetados tal que a membrana ou peneira não se incline a uma extensão grande demais durante pressurização. A deflexão da membrana ou micropeneiras deveria ser muito menor que Dd2. Tipicamente, isto pode significar que a peneira deveria ser bastante grossa para prevenir desvios grandes demais, ou que a distância entre as barras de apoio da peneira seja pequena bastante para fazer a deflexão pequena.
As partículas podem ser detectadas do segundo lado principal ou traseiro da estrutura microporosa com várias técnicas como mostrado na Figura 1, Figura 5 e Figura 6 por meio de exemplo, a invenção não estando limitada a isso. Técnicas ópticas ou detecção visual com um microscópio são possíveis. Como mostrado na Figura 1, se o detector 131 sendo usado for um microscópio e tiver uma profundidade de foco pequena, por exemplo um microscópio confocal, como indicado com o campo de foco 132, a presença de material de partícula neste campo pode ser visualizada e possivelmente detectada e contada por meio de técnicas de análise de imagem. Se o detector 131 for um microscópio e tiver uma profundidade de foco pequena como indicado com o campo 132, e a distância entre a primeira superfície 111 da estrutura microporosa 110 e o microscópio 131 for ajustável, tal como ajustável através da distância entre a segunda superfície 112 da estrutura microporosa 110 e o microscópio 131, uma variação na distância relativa entre o campo visualizado e a posição de estrutura microporosa na direção substancialmente perpendicular à membrana, isto é, substancialmente perpendicular a um plano médio pela membrana, tipicamente pode resultar em partículas diferentes, ou mais particularmente mais ou menos partículas sendo visualizadas. O anterior pode mostrar diferenças entre partículas tendo uma elasticidade modificada, por exemplo partículas afetadas e outras células normais. Em outras palavras, também é possível obter informação sobre a forma das partículas. Por exemplo movendo sistematicamente o plano de foco do microscópio para 112 (isto é, variando Dd) e executando uma medição, a forma das partículas pode ser visualizada. O anterior pode ser por exemplo baseado em geração de imagem 3D usando microscopia confocal. Outra técnica exemplar que pode ser usada é interferometria.
As vezes é difícil ver partículas com luz visível. Por exemplo, detecção pode ser feita com luz de UV (absorção alta) ou detecção óptica pode ser melhorada manchando as partículas, por exemplo células para melhorar a visibilidade do material de partícula das partículas.
Um sistema alternativo 400 para detectar propriedades de partículas é mostrado na Figura 4. Números idênticos se referem às características idênticas como na Figura 1. O meio de detecção 430 inclui uma fonte de iluminação 431, que provê luz incidente cintilante ou lateral para a segunda superfície principal 112 da estrutura porosa 110. A fonte de iluminação 431 ilumina as partículas do lado, e o comprimento 432 das sombras é uma medida para quão distante a partícula se estende ou incha pelo poro 113. O comprimento da sombra é medido de imagens capturadas por uma unidade de captura de imagem 433. A diferença de pressão determina a deformação de partícula. Do comprimento das sombras pode ser calculado a altura de extensão para cada partícula se estendendo da segunda superfície 112. A elasticidade das partículas pode ser determinada disso.
Ainda outro sistema alternativo 500 é mostrado na Figura 5. Números idênticos se referem a características idênticas como na Figura 1. O meio de detecção 530 inclui um detector 531 para medir intensidade de luz no segundo lado debaixo da estrutura microporosa 110 e uma fonte de iluminação 535 diametralmente oposta, mas também debaixo da estrutura microporosa 110 para iluminar uma área debaixo do estrutura microporosa 110. Dependendo do número de partículas se estendendo suficientemente longe do segundo lado da estrutura microporosa 110, o feixe de iluminação será mais ou menos atenuado, isto é, absorvido. A intensidade de luz assim pode ser uma medida para o número de partículas se estendendo longe pela estrutura microporosa 110, e assim pode prover informação sobre a concentração de partículas afetadas. Em outras palavras, detectar o número de partículas se estendendo da segunda superfície da estrutura microporosa à dada distância da segunda superfície pode ser feito por interpretação da quantidade de luz absorvida. O anterior também é determinado pelo coeficiente de absorção do material de partícula. O detector 531 também pode incluir uma pluralidade de elementos de detector 532, 533, 534, como indicado na Figura 5, permitindo medição de intensidades de luz para feixes de iluminação passando paralelos com a estrutura microporosa 110 a distâncias diferentes da segunda superfície da estrutura microporosa 110. O anterior pode prover informação sobre a diferença em elasticidade de partículas diferentes presentes na amostra.
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E para ser entendido que um sistema de processamento 150 pode ser provido para determinar propriedades de partículas calculando-as da informação obtida sobre presença de partículas à dada distância da segunda superfície da estrutura porosa 110, por exemplo dos sinais ópticos detectados. Tal sistema de processamento 150 pode ser por exemplo um microprocessador, e/ou um componente de memória para armazenar a informação obtida e/ou processada. Além disso, meio de entrada/saída típico pode estar presente. O sistema de processamento 150 pode ser controlado usando meio de processamento de software apropriado ou hardware dedicado para executar as etapas de cálculo. O sistema de processamento assim pode ser implementado de qualquer maneira adequada, por exemplo hardware dedicado ou um computador programado adequadamente, microcontrolador ou processador embutido tal como um microprocessador, arranjo de portas programáveis tais como um PAL, PLA ou FPGA, ou semelhante. Os resultados podem ser exibidos em qualquer meio de saída adequado tal como uma unidade de exibição visual, plotador, impressora, etc. O sistema de processamento 150 também pode ter uma conexão a uma rede de área local ou área ampla para transmissão dos resultados para um local remoto. O sistema de processamento 150 pode ser adaptado para executar técnicas de reconhecimento de imagem, permitindo reconhecimento automatizado da presença de uma partícula em uma imagem. A fim de processar os resultados ópticos obtidos para propriedades de partícula, por exemplo propriedades de deformação de partículas, algoritmos predeterminados, redes neurais ou outros meios adequados podem ser usados. O anterior pode ser executado de um modo automatizado e/ou automático.
O sistema 500 da Figura 5 pode ser usado alternativamente como um sistema em que o detector 530 para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de partículas tendo passado completamente pelos microporos. O detector 130 pode detectar quantitativamente e/ou qualitativamente a presença de partículas passadas pelos microporos ao deixar a segunda superfície da estrutura de microporo. O anterior pode ser executado usando técnicas semelhantes como quando o detector é usado para detectar a presença de material de partícula a uma distância particular da segunda superfície, para partículas substancialmente retidas a um lado da micropeneira. Por interpretação das imagens ou dados obtidos pelo detector 130, a quantidade ou número de partículas passando pela estrutura microporosa pode ser contado ou deduzido. Estes métodos são baseados no fato que à diferença de pressão muito alta, a maioria das células elásticas será empurrada pelos microporos. Possivelmente, o número de partículas como função de diferenças de pressão através da estrutura microporosa pode ser gerado, que pode habilitar prover informação sobre a diferença em elasticidade de partículas diferentes presentes na amostra. Alternativamente ou combinado com isso, a pressão de limiar pode ser determinada para partículas passando pelos microporos, que pode dar uma indicação sobre a elasticidade das partículas presentes na amostra. Em outras palavras, detectar à qual pressão partículas começam a passar pelo poro completamente pode ser um modo para detectar uma doença.
Em uma segunda concretização de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, um sistema para detectar propriedades de partícula como descrito acima é provido, em que além disso o sistema é adaptado para levar em conta a distribuição de tamanho de partícula na amostra. Enquanto o tamanho de partícula não é muito relevante se a partícula for muito maior do que o poro, o anterior pode se tornar mais relevante se o tamanho de partícula se tornar da mesma ordem como o tamanho de poro. Tipicamente, partículas pequenas incharão ademais dentro, através e/ou fora dos poros do que partículas grandes, devido ao raio menor de curvatura de suas paredes. Porém, é possível corrigir o tamanho de partícula. Usando por exemplo um estrutura microporosa transparente 110 permite medição do tamanho de partícula olhando pela estrutura microporosa 110, por exemplo usando o microscópio 131 tendo profundidade de campo pequena e determinando o tamanho de partícula do primeiro lado da estrutura microporosa 110. Tipicamente, a estrutura microporosa transparente 110 pode ser feita de por exemplo nitreto de silício ou óxido de silício. Alternativamente, outro sistema, por exemplo sistema óptico, pode ser provido para determinar a distribuição de tamanho de partícula. A informação de distribuição de tamanho de partícula obtida tipicamente pode ser provida ao sistema de processamento 150, assim permitindo ajustar as propriedades determinadas das partículas usando o tamanho de partícula individual medido ou o tamanho de partícula médio feito calculando em média os tamanhos de partículas diferentes medidas. Em uma concretização alternativa, distribuições padrão do tamanho de partícula baseado em por exemplo medições prévias, valores de literatura ou tabelas de consulta podem ser providas ao sistema de processamento 150.
Em uma terceira concretização de acordo com o primeiro aspecto, a presente invenção provê um sistema para detectar propriedades de partícula como descrito em quaisquer da primeira ou segunda concretizações, em que além disso o sistema é adaptado para prover informação quantitativa sobre variações diferentes em propriedades das partículas. Na terceira concretização, o sistema é adaptado para executar medições a pressões diferentes, permitindo obter valores relativos a uma variação qualitativa ou quantitativa das propriedades das partículas sob estudo. O anterior pode ser feito possível provendo um meio para gerar uma pluralidade de pressões diferentes através da estrutura porosa 110, isto é, um meio para variar a pressão através da estrutura porosa 110 por exemplo de uma maneira seqüencial. O anterior pode ser por exemplo obtido usando uma bomba controlável. Detectando consecutivamente a presença de material de partícula a uma distância predeterminada da segunda superfície da estrutura microporosa, informação sobre o grau de mudança de elasticidade pode ser obtida. O anterior também pode ser obtido aplicando uma dada pressão e detectando a presença de material de partícula a distâncias diferentes da primeira ou segunda superfície da estrutura microporosa. O anterior pode ser executado controlando a unidade de detecção para detectar tal presença a distâncias diferentes da estrutura microporosa. Em qualquer caso, uma idéia da gama e distribuição de elasticidade das partículas é obtida. Esta informação pode ser usada para determinar o número de partículas tendo uma elasticidade em uma dada gama. O anterior pode prover informação sobre o grau de transformação maligna das partículas sob estudo e a distribuição disso.
As concretizações de um sistema de acordo com a presente invenção podem ademais incluir um meio para inverter a diferença de pressão através da estrutura microporosa, para limpar membrana. Provendo uma pressão invertida traves da estrutura microporosa, as partículas presentes, e possivelmente retidas, na primeira superfície da estrutura microporosa são removidas. Este meio para inverter a diferença de pressão pode fazer parte do meio para gerar diferença de pressão através da estrutura microporosa, ou pode ser um meio separado.
As concretizações de um sistema de acordo com o primeiro aspecto podem ademais incluir um canal de limpeza no segundo lado para habilitar a limpeza do sistema por meio de limpeza de fluxo cruzado, isto é, usando um fluxo de líquido.
Opcionalmente, a estrutura microporosa é uma estrutura porosa descartável, tal como uma peneira descartável. Isto é especialmente preferido no caso que o sistema é para uso in vivo, como a característica descartável aumenta a higiene de paciente, reduz o risco em infecção devido à desinfecção e esterilização incompletas.
Quando o sistema de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção é para ser usado para analisar partículas, tais como células, em líquidos, o meio de detecção é preferivelmente posicionado acima do líquido a ser amostrado para evitar o detector umedecer e possivelmente ser contaminado pelo líquido. Em um segundo aspecto, a presente invenção relaciona-se a um método para detectar propriedades de partículas, por exemplo partículas biológicas. O método pode tipicamente permitir derivar propriedades citosqueléticas, tal como por exemplo informação sobre a elasticidade de partículas, por exemplo partículas biológicas. Sistemas para detecção como descrito em concretizações de acordo com o primeiro aspecto são especialmente adequados para executar um método como descrito na concretização presente. O método tipicamente inclui prover partículas, por exemplo células biológicas, para um primeiro lado, por exemplo a uma primeira superfície principal, de uma estrutura microporosa. Inclui além disso gerar uma diferença de pressão através da estrutura microporosa, que pode ser provida gerando uma sobrepressão a um primeiro lado da estrutura microporosa, onde as partículas são providas ou gerando um baixa ou subpressão no segundo lado, oposto ao primeiro lado da estrutura microporosa. Gerando uma tal diferença de pressão, as partículas são deformadas e passadas pelo menos parcialmente nos poros da estrutura microporosa. Opcionalmente, as partículas são retidas nos microporos na primeira superfície da estrutura microporosa. O método inclui além disso detectar qualitativamente e/ou quantitativamente, preferivelmente do segundo lado da estrutura microporosa, a presença de material de partícula das partículas, por exemplo partículas biológicas, tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos. Esta pode ser uma detecção de partículas passadas pela estrutura microporosa, ou detectar a presença de material de partícula retido nos microporos, estando presente em uma distância predeterminada da primeira superfície da estrutura microporosa, isto é, partículas se estendendo nos poros até uma distância entre a primeira e segunda superfícies da estrutura microporosa, ou partículas presentes no segundo lado da estrutura porosa, em uma distância predeterminada da segunda superfície. Detectar a presença no segundo lado da estrutura microporosa perto da segunda superfície de material de partícula das partículas tipicamente pode ser detectar a presença de material de partícula a uma distância predeterminada da estrutura microporosa, na segunda superfície da estrutura microporosa. Detectar a presença de material de partícula das partículas entre a primeira e segunda superfícies da estrutura porosa tipicamente pode ser detectar a presença de material de partícula a uma distância predeterminada da primeira superfície da estrutura microporosa. Opcionalmente, a diferença de pressão pelo primeiro e segundo lados pode ser variada e a detecção pode ser executada para valores de pressão diferentes. Em outras palavras, uma detecção qualitativa e/ou quantitativa de presença de material de partícula como função da diferença de pressão aplicada pode ser executada. Usando a informação sobre o material de partícula detectado, opcionalmente detectado a distâncias diferentes da primeira superfície e/ou a distâncias diferentes da segunda superfície da estrutura porosa e/ou quando diferenças de pressão diferentes são usadas, propriedades podem ser determinadas das partículas providas à primeira superfície da estrutura porosa. Tais propriedades, por exemplo a elasticidade da partícula ou parede de partícula, podem ser determinadas transformando a informação sobre presenças usando algoritmos apropriados. Isto pode ser feito em uma etapa de processar a informação detectada.
Etapas adicionais opcionais de medir o tamanho de partícula e usar o tamanho de partícula medido para ajustar as propriedades das partículas baseado na presença detectada quantitativamente e/ou qualitativamente na segunda superfície de material de partícula de partículas retidas nos microporos, são aplicadas. Isto pode prover uma determinação mais precisa da propriedade de partícula.
O método pode ser um método in vitro. Alternativamente, o método também pode ser executado in vivo, por exemplo usando um sistema endoscópico como descrito no terceiro aspecto da presente invenção.
Em um terceiro aspecto, a presente invenção relaciona-se a um sistema como descrito no primeiro aspecto, por meio de que o sistema é o endoscópio 600 como mostrado esquematicamente na Figura 6. O sistema endoscópico assim tipicamente permite determinar propriedades de partículas, por exemplo partículas biológicas, e inclui as mesmas características e vantagens como um sistema descrito no primeiro aspecto da presente invenção. Novamente, referências idênticas se referem a características idênticas. A estrutura microporosa é provida na porção de extremidade do sistema endoscópico e é adaptada para trazê-la com seu primeiro lado em contato com partículas, por exemplo tecido biológico. O detector 630 da presente concretização é provido no sistema endoscópico e permite detectar deformação de partículas detectando material de partícula a um segundo lado da estrutura microporosa. Tipicamente, o segundo lado da estrutura microporosa pode ser posicionado em uma câmara 611, que pode ser trazida a uma pressão mais baixa do que a pressão ambiental, deste modo gerando uma diferença de pressão através da estrutura microporosa para reter partículas a microporos na estrutura microporosa no primeiro lado da estrutura microporosa. O endoscópio além disso tipicamente pode incluir uma parede tubular 610 na qual meio pode ser provido para acoplar a câmara 611a uma bomba 621, externa ao endoscópio, por meio de um tubo 620 e acoplar o meio de detecção 630 a um sistema de processamento 150, externo ao endoscópio. O endoscópio pode ser inserido no corpo humano ou animal, para trazer a estrutura porosa em contato com as partículas, por exemplo tecido 660, a ser medido. Uma diferença de pressão é gerada, por exemplo usando a bomba 621 criando uma subpressão na câmara 611, assim atraindo partículas de tecido 660 e retendo-as nos microporos. A subpressão deforma as partículas contatando a primeira superfície da estrutura porosa e usando o detector 630 e o sistema de processamento 150, o número de partículas tendo uma elasticidade aumentada ou diminuída quando comparada a tecido normal pode ser determinado. Como mostrado acima, variando a diferença de pressão e detectando a presença de material de partícula a alturas diferentes da segunda superfície, também a elasticidade das partículas medidas pode ser determinada. Em um caso particular, isto é, no caso de um câncer, as partículas afetadas se deformam mais que no caso de células saudáveis. Conseqüentemente, usando o endoscópio 600 in vivo, as propriedades de partícula podem ser determinadas sem a necessidade para retirar tecido. Baseado na informação relativa às propriedades de partícula, um médico pode tomar uma decisão sobre a presença e o progresso de uma doença das células biológicas, por exemplo doença devido a câncer, contanto que o médico leve em conta o tipo de partículas que foram examinadas e o tipo de doença que está sob consideração. É compreendido que os sistemas como assunto da presente invenção podem ser usados igualmente para determinar propriedades de partículas ex-vivo, por exemplo suspendendo partículas de amostra em uma solução salgada fisiológica e contatando isto com a estrutura porosa. Se um lote de partículas foi examinado, um sistema de fluxo cruzado simples pode remover as partículas e prover células novas.
E compreendido que o endoscópio 600 pode inclui um detector detectando a presença de material de partícula a uma distância predeterminada da primeira superfície, o material de partícula estando presente entre a primeira e segunda superfícies da estrutura microporosa.
As concretizações de método descritas acima da presente invenção podem ser implementadas em um sistema de processamento 700 tal como mostrado na Figura 7. Tal sistema pode ser por exemplo um sistema para executar um método para determinar propriedades de células biológicas. Tal sistema de processamento pode incluir um meio para determinar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula a uma distância da primeira superfície da estrutura microporosa, e/ou a uma distância do segundo lado de uma estrutura microporosa (110) para partículas providas a um primeiro lado de uma estrutura microporosa (110) e opcionalmente retidas a microporos da estrutura microporosa (110) usando uma diferença de pressão através da estrutura microporosa (110), e um meio para determinar propriedades de elasticidade das partículas baseado em determinar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula. O meio para determinar a presença de material de partícula pode incluir meio para analisar automaticamente uma imagem de material de partícula no segundo lado de uma estrutura microporosa para uma pluralidade de partículas opcionalmente retidas na estrutura microporosa. Qualquer sistema para reconhecimento de característica automatizado portanto pode ser usado. O meio para determinar propriedades de elasticidade pode incluir meio para levar em conta a diferença de pressão e para levar em conta propriedades mecânicas da estrutura microporosa. Tipicamente, tais parâmetros são valores de entrada para o meio para determinar propriedades de elasticidade. Tipicamente, a determinação de propriedades de elasticidade podem fazer uso de uma tabela de consulta (LUT), um algoritmo predeterminado ou uma rede neural. Também pode incluir meio para levar em conta um tamanho de partícula medido para determinar as propriedades de elasticidade. Figura 7 mostra uma configuração de um tal sistema de processamento 700, que inclui pelo menos um processador programável 703 acoplado a um subsistema de memória 705 que inclui pelo menos uma forma de memória, por exemplo, RAM, ROM, e assim sucessivamente. É para ser notado que o processador 703 ou processadores podem ser um processador de propósito geral, ou um de propósito especial, e pode ser para inclusão em um dispositivo, por exemplo, um chip que tem outros componentes que executam outras funções. Assim, um ou mais aspectos da presente invenção podem ser implementados em circuito eletrônico digital, ou em hardware, firmware, software de computador, ou em combinações deles. O sistema de processamento pode incluir um subsistema de armazenamento 707, que tem pelo menos uma unidade de disco e/ou unidade de CD-ROM e/ou unidade de DVD. Em algumas implementações, um sistema de exibição, um teclado, e um dispositivo apontador podem ser incluídos como parte de um subsistema de interface de usuário 709 para prover a um usuário informação manualmente introduzida. Portas para introduzir e produzir dados também podem ser incluídas. Mais elementos tais como conexões de rede, interfaces para vários dispositivos, e assim sucessivamente, podem ser incluídos, mas não são ilustrados na Figura 7. Os vários elementos do sistema de processamento 700 podem ser acoplados de vários modos, incluindo por um subsistema de barramento 713 mostrado na Figura 7 para simplicidade como um único barramento, mas será entendido àqueles na arte incluir um sistema de pelo menos um barramento. A memória do subsistema de memória 705 pode a algum momento reter parte ou tudo (em qualquer caso mostrado como 711) de um conjunto de instruções que quando executadas no sistema de processamento 700 implementam as etapas das concretizações de método descritas aqui. Assim, enquanto um sistema de processamento 700 tal como mostrado na Figura 7 é arte anterior, um sistema que inclui as instruções para implementar aspectos dos métodos para detectar propriedades de partículas não é nenhuma arte anterior e portanto Figura 7 não está rotulada como arte anterior.
A presente invenção também inclui um produto de programa
de computador que provê a funcionalidade de quaisquer dos métodos de acordo com a presente invenção quando executado em um dispositivo de computação. Tal produto de programa de computador pode ser por exemplo para executar um método para determinar propriedades de células biológicas. Pode ser adaptado para determinar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula a um segundo lado de uma estrutura microporosa (110) para partículas providas a um primeiro lado de uma estrutura microporosa (110) e retidas a microporos da estrutura microporosa (110) usando uma diferença de pressão através da estrutura microporosa (110), e para determinar propriedades de elasticidade das partículas baseado em determinar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula. Determinar a presença de material de partícula pode incluir analisar automaticamente uma imagem de material de partícula no segundo lado de uma estrutura microporosa para uma pluralidade de partículas retidas na estrutura microporosa. Qualquer sistema para reconhecimento de característica automatizado portanto pode ser usado. Determinar as propriedades de elasticidade pode incluir levar em conta a diferença de pressão e levar em conta propriedades mecânicas da estrutura microporosa. Tipicamente, tais parâmetros são valores de entrada para determinar propriedades de elasticidade. Tipicamente, determinar as propriedades de elasticidade podem fazer uso de uma tabela de consulta (LUT), um algoritmo predeterminado ou uma rede neural. Também pode incluir levar em conta um tamanho de partícula medido para determinar as propriedades de elasticidade. Tal produto de programa de computador pode ser concretizado tangivelmente em um meio de portador levando código legível por máquina para execução por um processador programável. A presente invenção assim relaciona-se a um meio de portador levando um produto de programa de computador que, quando executado em meio de computação, provê instruções para executar quaisquer dos métodos como descrito acima. O termo "meio de portador" se refere a qualquer meio que participa em prover instruções a um processador para execução. Tal meio pode levar muitas formas, incluindo, mas não limitado a, meios não voláteis, e meios de transmissão. Meios não voláteis incluem, por exemplo, discos ópticos ou magnéticos, tal como um dispositivo de armazenamento que faz parte de armazenamento de massa. Formas comuns de meios legíveis por computador incluem, um CD-ROM, um DVD, um disco flexível ou disquete, uma fita, um chip ou cartucho de memória ou qualquer outro meio do qual um computador pode ler. Várias formas de meios legíveis por computador podem ser envolvidas em levar uma ou mais seqüências de uma ou mais instruções a um processador para execução. O produto de programa de computador também pode ser transmitido por uma onda de portadora em uma rede, tal como uma LAN, uma WAN ou a Internet. Meios de transmissão podem levar a forma de ondas acústicas ou de luz, tais como aquelas geradas durante comunicações de dados de onda de raio e infravermelho. Meios de transmissão incluem cabos coaxiais, fio de cobre e fibra óptica, incluindo os fios que incluem um barramento dentro de um computador.
É para ser entendido que embora concretizações preferidas, construções e configurações específicas, como também materiais, foram discutidos aqui para dispositivos de acordo com a presente invenção, várias mudanças ou modificações em forma e detalhe podem ser feitas sem partir da extensão e espírito desta invenção.
Claims (25)
1. Sistema (100, 400, 500, 600) para determinar propriedades de partículas, caracterizado pelo fato de incluir: uma estrutura microporosa (110, 300) tendo um primeiro lado e um segundo lado, a estrutura microporosa (110, 300) incluindo uma pluralidade de microporos (113, 301) se estendendo do primeiro lado ao segundo lado; um meio (120, 160) para gerar uma diferença de pressão através da estrutura microporosa (110) para deformar partículas providas ao primeiro lado da estrutura microporosa (110) nos microporos (113) e para passar as partículas pelo menos parcialmente nos microporos; e um detector (130, 430, 530, 630) para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos.
2. Sistema (100, 400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, a estrutura microporosa (110, 300) tendo uma primeira superfície principal (111) a dito primeiro lado de dita estrutura microporosa (1 IO) e uma segunda superfície principal (112) a dito segundo lado de dita estrutura microporosa (110), caracterizado pelo fato de que: o meio (120, 160) para gerar uma diferença de pressão através da estrutura microporosa (110) é um meio para reter e deformar partículas providas ao primeiro lado da estrutura microporosa (110) nos microporos (113); e o detector (130, 430, 530, 630) é um detector para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a uma distância predeterminada da primeira superfície (111) em uma direção da primeira superfície (111) para a segunda superfície (112), a presença das partículas retidas pelos microporos (113).
3. Sistema (100, 400, 500, 600) de acordo com a reivindicação -2, caracterizado pelo fato de que o detector (130, 430, 530, 630) é adaptado para detectar material de partícula a uma distância predeterminada da segunda superfície (112) da estrutura microporosa (110), no segundo lado da estrutura microporosa (110).
4. Sistema (100) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o detector (130) é adaptado para detectar material de partícula entre a primeira superfície (111) e a segunda superfície (112), a uma distância predeterminada da primeira superfície (111) da estrutura microporosa (110).
5. Sistema (100, 400, 500, 600) de acordo com a reivindicação para detectar material de partícula 2, caracterizado pelo fato de que o detector (130, 430, 530, 630) adaptado a uma distância predeterminada da primeira superfície (111) da estrutura microporosa (110) é adaptado para detectar material de partícula a uma distância predeterminada selecionável da primeira superfície (111) da estrutura microporosa (110).
6. Sistema (500) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um detector (530) para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos é um detector para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de partículas tendo passado completamente pelos microporos.
7. Sistema (100, 400, 500, 600) de acordo com a reivindicação -1, caracterizado pelo fato de que o detector (130, 430, 530, 630) está posicionado a dito segundo lado da estrutura microporosa (110).
8. Sistema (100, 400, 500, 630) de acordo com a reivindicação -1, caracterizado pelo fato de que dito meio (120, 160) para gerar uma diferença de pressão através da estrutura microporosa (110) é adaptado para gerar uma pluralidade de diferenças de pressão selecionáveis através da estrutura microporosa (110).
9. Sistema (100) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a estrutura microporosa (110) é transparente e dito sistema (100) é adaptado para detectar no primeiro lado um valor relacionado a tamanho de partícula de ditas partículas retidas nos microporos (113).
10. Sistema (500) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o detector (530) inclui uma fonte de iluminação (535) para prover a um segundo lado de dita estrutura microporosa (110) um feixe de iluminação substancialmente paralelo com dita estrutura microporosa (110) e um detector (531) adaptado para detectar absorção de luz em dito feixe de iluminação devido à interação com material de partícula.
11. Sistema (400) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o detector (430) inclui uma fonte de iluminação (431) para prover iluminação incidente lateral para material de partícula no segundo lado da estrutura microporosa (110) e um detector (433) sendo adaptado para detectar uma sombra obtida por interação da iluminação e o material de partícula.
12. Sistema (100, 400, 500, 600) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura microporosa (110, 300) é qualquer de uma membrana microporosa ou uma micropeneira.
13. Sistema (600) de acordo com a reivindicação 1, o sistema (600) caracterizado pelo fato de ser um sistema endoscópico.
14. Método para determinar propriedades de partículas in vitro, caracterizado pelo fato de incluir as etapas de: prover partículas a um primeiro lado de uma estrutura microporosa (110); deformar ditas partículas a dito primeiro lado a microporos de dita estrutura microporosa (110) aplicando uma diferença de pressão por dita estrutura microporosa (110), e passar as partículas pelo menos parcialmente nos microporos; e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos.
15. Método para determinar propriedades de partículas in vitro de acordo com a reivindicação 14, a estrutura microporosa (110) tendo uma primeira superfície principal (111) a dito primeiro lado de dita estrutura microporosa (110) e uma segunda superfície principal (112) a um segundo lado de dita estrutura microporosa (110), caracterizado pelo fato de incluir: reter ditas partículas a dito primeiro lado a microporos dita estrutura microporosa (110) aplicando a diferença de pressão por dita estrutura microporosa (110); e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente uma presença de material de partícula de ditas partículas a uma distância predeterminada da primeira superfície (111) em uma direção da primeira superfície (111) para a segunda superfície (112).
16. Método in vitro de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de incluir: variar a diferença de pressão através da estrutura microporosa (110); e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula a uma distância predeterminada da primeira superfície (111) como função da diferença de pressão.
17. Método in vitro de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de incluir: medir o tamanho de partícula; e usar o tamanho de partícula medido para ajustar a presença detectada qualitativamente e/ou quantitativamente a uma distância predeterminada da primeira superfície (111) de material de partícula de partículas retidas nos microporos.
18. Método in vitro de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as propriedades de elasticidade das partículas são determinadas baseado em dita presença detectada qualitativamente e/ou quantitativamente de material de partícula.
19. Método para determinar propriedades de partículas, caracterizado pelo fato de incluir as etapas de: prover partículas a um primeiro lado de uma estrutura microporosa (110), a estrutura microporosa (110) tendo uma primeira superfície principal (111) a dito primeiro lado de dita estrutura microporosa (110) e uma segunda superfície principal (112) a um segundo lado de dita estrutura microporosa (110); deformar ditas partículas a dito primeiro lado a microporos de dita estrutura microporosa (110) aplicando uma diferença de pressão por dita estrutura microporosa (110), e passar as partículas pelo menos parcialmente nos microporos; e detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos.
20. Método para determinar propriedades de partículas de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de incluir: reter ditas partículas a dito primeiro lado a microporos de dita estrutura microporosa (110) aplicando a diferença de pressão por dita estrutura microporosa (110); detectar qualitativamente e/ou quantitativamente uma presença de material de partícula de ditas partículas a uma distância predeterminada da primeira superfície (111) em uma direção da primeira superfície (111) para a segunda superfície (112).
21. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que prover as partículas para um primeiro lado de uma estrutura microporosa (110) inclui contatar endoscopicamente tecido de corpo com uma estrutura microporosa (110).
22. Sistema de processamento para executar um método para determinar propriedades de células biológicas, caracterizado pelo fato de incluir: um detector para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos de uma estrutura microporosa para partículas providas a um primeiro lado da estrutura microporosa (110) e passadas pelo menos parcialmente nos microporos da estrutura microporosa (110) usando uma diferença de pressão através da estrutura microporosa (110); e um sistema para determinar propriedades de elasticidade de ditas partículas baseado em determinar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula.
23. Produto de programa de computador, caracterizado pelo fato de ser para, quando executado em um meio de computação, executar um método para determinar propriedades de partículas, o método incluindo: detectar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula de partículas tendo passado pelo menos parcialmente nos microporos de uma estrutura microporosa para partículas providas a um primeiro lado da estrutura microporosa (110) e passadas pelo menos parcialmente nos microporos da estrutura microporosa (110) usando uma diferença de pressão através da estrutura microporosa (110); e determinar propriedades de elasticidade de ditas partículas baseado em determinar qualitativamente e/ou quantitativamente a presença de material de partícula.
24. Dispositivo de armazenamento de dados de legível por máquina, caracterizado pelo fato de armazenar o produto de programa de computador como definido na reivindicação 23.
25. Transmissão dos produtos de programa de computador como definidos na reivindicação 23, caracterizada pelo fato de ser através de uma rede de telecomunicações de área local ou ampla.
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