CZ25722U1 - Zařízení pro archivaci DNA vzorků - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení k archivaci DNA vzorků, které zajišťuje archivaci DNA vzorků různého původu, jako jsou DNA vzorky humánní, veterinární, rostlinné či mikroorganizmů společně s datovými nosiči obsahujícími informace o uloženém vzorku.

Dosavadní stav techniky

DNA, která je zpracovávána v molekulámě-biologických výzkumných, servisních či znaleckých laboratořích, musí být z důvodu následných experimentů či na základě požadavků ze stran nejrůznějších institucí, jako jsou zdravotnická zařízení, armáda, policie apod. dočasně či dlouhodobě uchovávána.

V současnosti se k archivaci DNA používají základní tři způsoby:

Způsob zamrazením vzorku:

Klasická metoda archivace DNA na dobu mnoha měsíců či let, je založena na technologii zamrazení vzorku pomocí mrazicích boxů při teplotách -70 °C nebo kapalného dusíku při teplotách -196 °C. Nedostatky tohoto řešení spočívají v tom, že se jedná o metodu finančně i technologicky náročnou a zcela závislou na spolehlivosti technického vybavení, neboť dojde-li k výpadku elektrické energie či poruše chladicího zařízení, dochází k nevratnému zničení takto uložených vzorků. Informace o uloženém vzorku se vzhledem k extrémním teplotám omezují pouze na jednoduché kódové označení nosiče vzorku.

Způsob archivace na tzv. FTA kartu:

FTA karty se vesměs používají k transportu vzorku DNA z místa odběru do laboratoře. V některých případech se FTA karty používají také jako dočasné archivační médium při pokojových teplotách. Nevýhodou této metody je, že ne vždy bezpečně garantuje dostatečné množství použitelné DNA a vzorky takto dlouhodobě uložené jsou náchylné na destrukci vlivem vnějšího prostředí, jako je vlhkost, mikrobiální kontaminace apod. Další nevýhodou je rozsah informací o uloženém vzorku, který se většinou omezuje na popis vzorku na jednoduchém papírovém formuláři.

Způsob archivace stabilizované DNA v plastových mikrozkumavkách:

Laboratorně zpracovaná DNA se dočasně či dlouhodobě uchovává při teplotách od -20 °C v sériově vyráběných plastových mikrozkumavkách, které svojí konstrukcí a použitým materiálem dostatečně nezajišťují dlouhodobou stabilitu uloženého vzorku, a to zejména s ohledem na afinitu DNA k povrchu zkumavek či hydrolýze. Tyto zkumavky lze poměrně těžko vizuálně identifikovat a systematicky archivovat. Obsah zkumavek není dostatečně chráněn před vlivem vnějšího prostředí, v případě malfunkce mrazícího zařízení dokonce dojde k nezvratné degradaci. Informace o vzorku je omezena rozměrem mikrozkumavky na jednoduché kódové značení, označení čárovým kódem apod.

Určitým zajištěním stabilizace DNA vzorku a jeho uchováním se zabývá užitný vzor CZ 23488 U, kde je popsáno pouzdro pro archivaci DNA materiálu, avšak jedná se o pouzdro samostatné, které není uzpůsobeno k rozsáhlejší archivaci s nedostatečnými možnostmi pro vkládání do zásobníku a jeho elektronického vyhledávání.

Účelem technického řešení je proto vytvořit takový systém pro archivaci DNA vzorků, která splňuje následující požadavky:

- umožňuje časově neomezenou archivaci DNA vzorků

- umožňuje archivaci DNA vzorků při běžných pokojových teplotách bez nutnosti použití chladicích zařízení

-1 CZ 25722 Ul

- ke zpracování a archivaci DNA jsou použity standardní biochemické postupy a běžně dostupné materiály a chemikálie

- garantuje dostatečné množství a kvalitu archivované DNA pro následné rozbory

- vzorek je identifikován DNA profilem, získaným v rámci přípravy vzorku k archivaci

- umožňuje snadné a rychlé následné zpracování vzorku bez nutnosti použití zvláštních chemikálií, jako je forma uložení READY-2B-TESTED

- splňuje podmínky dlouhodobé ochrany vzorku před vnějšími vlivy, kam patří zejména vlhkost, UV záření, kontaminace jinou DNA apod. a zároveň před nepříznivým vlivem samotného materiálu nosiče, na kterém je DNA uložena

- splňuje podmínky nezávislosti na energetickém zdroji

- rozměry archivačního média umožňují tvorbu rozsáhlých archivů

- mechanická konstrukce archivačního média umožňuje automatizovanou obsluhu robotickými mechanismy

- v nouzovém stavu je možno archivovanou DNA zpracovávat manuálně a data uložená na nosičích získat bez použití nákladných zařízení

- systém je propojitelný s elektronickou datovou sítí

- systém umožňuje v rámci technického vývoje obměnu datových nosičů bez porušení nosiče DNA vzorku.

Podstata technického řešení

Shora uvedené nedostatky stávajících řešení ve velké míře odstraňuje a účel technického řešení splňuje zařízení pro archivaci DNA vzorků, sestávající z ochranného pouzdra vzorku tvořeného dolní částí pouzdra vzorku a homí částí pouzdra vzorku, které jsou natěsno do sebe vzájemně vsunuté a vzájemně na obvodové hraně hermeticky uzavřené, přičemž do dutiny vzorkuje vložen DNA modul, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že k ochrannému pouzdru vzorku je připojen datový modul tvořený vzájemně natěsno spojenou dolní částí modulu s homí částí modulu, přičemž v dutině datového modulu je obsažen optický nosič tvořený mikrofilmem a RFID čipem a přičemž takto spojeným ochranným pouzdrem obsahujícím DNA modul s datovým modulem obsahujícím optický nosič je vytvořeno archivační médium. Archivační médium je vložitelné do zásobníku DNA vzorků a pomocí aretačních prvků vytvořených v tělese zásobníku DNA vzorků zajištěna. Zásobník DNA vzorků je opatřen manipulačním robotnickým mechanismem opatřeným posuvníkem s rameny posunu v ose Y a rameny posunu v ose X, přičemž posuvník je opatřen dvojicí opatřených světelným zdrojem a posuvník je dále opatřen skenovací mikrokamerou a čtečkou RFID čipů a přičemž manipulační robotnický mechanismus je napojen na řídicí počítač rychlé lokalizace DNA.

Přehled obrázků na výkresech

Pro bližší objasnění technického řešení jsou na připojených obrázcích jsou zakresleny základní použité a konstrukční prvky zařízení, kde obr. 1 představuje mikrofilm s biometrickými znaky, obr. 2 znázorňuje mikrofilm uložený do ochranného pouzdra vzorku, obr. 3 znázorňuje RFID čip s uloženými daty. Na obr. 4 je znázorněno provedení tiskového terče a na obr. 5 je tento tiskový terč znázorněn v příčném řezu.

Na obr. 6 je znázorněna příprava DNA vzorku na nosiči DNA a obr. 7 představuje uzavřený nosič DNA.

Obr. 8 znázorňuje uložení nosiče DNA v ochranném pouzdru vzorku, obr. 9 znázorňuje provedení datového modulu a obr. 10 představuje sestavené archivační médium.

-2CZ 25722 Ul

Na obr. 11 je znázorněn zásobník DNA vzorků a na obr. 12 je znázorněna fixace pouzder v zásobníku DNA vzorků.

Na obr. 13 jsou znázorněny polohy manipulačních robotnických ramen a obr. 14 představuje posuvník robotnických ramen.

Příklad provedení zařízení technického řešení

Na obr. 1 je znázorněn mikrofilm 9 s biometrickými znaky, který obsahuje základní identifikační tabulku s daty o původu vzorku, kde je vyznačeno kódové značení, DNA profil vzorku, název, datum a případně další potřebné údaje. Mikrofilm 9 jako fotografický datový nosič obsahuje textovou a grafickou informaci o uloženém vzorku. Podklady pro obsah mikrofilmu 9 jsou získávány standardními metodami, jako jsou skenery, fotoaparát, rentgen apod. a jsou mikrograficky zpracovány, zmenšeny na potřebný rozměr a přeneseny na filmový materiál. Vzhledem k tomu, že je mikrofilm 9 uložen v hermeticky uzavřeném ochranném pouzdře vzorku, nepodléhá vlivu vnějšího prostředí a jeho životnost je prakticky neomezena. Typ a rozsah uložených dat na mikrofilmu 9 je dán účelem, za jakým je vzorek DNA archivován.

Jde-li například o archivaci DNA vzorku osoby, jsou na mikrofilmu 9 uložena základní data, jako je jméno, příjmení, datum narození, výška, barva očí, datum odběru apod.

Další tabulka obsahuje DNA profil získaný rozborem vzorku, jako specifický identifikační kód jedince.

V grafické formě jsou uloženy nej důležitější biometrické znaky, fotografie, RTG snímek chrupu, kompletní otisky všech prstů, fotografie obou očních duhovek apod.

Jiný obsah má mikrofilm 9 určený k archivaci DNA v oblasti humánní či veterinární medicíny, archeologického výzkumu apod.

Obecně je plocha mikrofilmu 9 rozdělena na tri oblasti sestávající z identifikační oblasti, která obsahuje základní identifikační tabulku a je identická s daty uloženými na tiskovém terči 21 patrného z obr. 4, dále z grafické oblasti tvořené fotografiemi s biometrickými znaky a textové oblasti s podrobným textovým popisem vzorku.

Obr. 2 představuje uložení mikrofilmu 9 do ochranného pouzdra 6 vzorku patrného z obr. 8, kde jsou data přivrácena k průhlednému dnu ochranného pouzdra 6 vzorku.

Na obr. 3 je znázorněn RFID čip 10 sloužící k rychlé identifikaci a získání informací o vzorku, které jsou obsaženy v základní identifikační datové tabulce s označením původu vzorku, DNA profil vzorku, datum a místo odběru apod., které jsou identické s daty v identifikační oblasti mikrofilmu 9.

Obr. 4 představuje tiskový terč 21 s daty zatavený v průhledné fólii 22 tiskového terče a obr. 5 zobrazuje tiskový terč 21 zatavený v průhledné fólii 22 tiskového terče v příčném řezu.

Na obr. 6 je znázorněna dolní část i nosiče vzorku s roztokem 3 purifikované DNA, což ve své podstatě tvoří stabilní DNA vzorek a obr. 7 představuje uzavřený DNA modul 5 s dolní částí 1 nosiče vzorku a horní částí 2 nosiče vzorku a s úložnou komorou 4 vzorku.

Obr. 8 znázorňuje ochranné pouzdro 6 vzorku tvořené dolní částí 6.1 pouzdra vzorku a horní částí 6.2 pouzdra vzorku, které jsou natěsno do sebe vzájemně vsunuté a vzájemně po celé styčné obvodové hraně 6.4 pouzdra mezi dolní částí 6.1 pouzdra vzorku a horní částí 6.2 pouzdra vzorku hermeticky utěsněné, přičemž do dutiny 6.3 pouzdra vzorku je vložen DNA modul 5, který je uložen spodní plochou na tiskovém terči 21. Dolní část 6.1 pouzdra vzorku a horní část 6.2 pouzdra vzorku jsou vytvořeny z průhledného materiálu a jsou navzájem hermeticky uzavřeny.

-3CZ 25722 Ul

Obr. 9 představuje datový modul 7 tvořený vzájemně natěsno spojenou dolní částí 7.1 datového modulu a homí částí 7.2 datového modulu, které zrcadlovým přiklopením vytváří dutinu 7.3 datového modulu obsahující optický nosič 8, nesoucí mikrofilm 9, RFID čip 10 a tiskový terč 21.

Vzhledem k tomu, že tento datový modul 7 podléhá rychlému technickému vývoji a dá se tudíž v budoucnosti předpokládat jeho výměna za technicky dokonalejší typ, je tento datový modul 7 umístěn vně ochranného pouzdra 6 vzorku z toho důvodu, aby při jeho případné výměně nebylo nutno porušit hermeticky uzavřené ochranné pouzdro 6. RFID čip 10 je pro možnost vizuální identifikace obsahu opatřen stejným tiskovým terčem, jako je tiskový terč 21 uložený uvnitř ochranného pouzdra 6 vzorku.

Obr. 10 představuje archivační médium 11 tvořené ochranným pouzdrem 6 vzorku obsahujícím DNA modul 5, který je spojen v jeden celek s datovým modulem 7 obsahujícím optický nosič 8.

Obr. 11 znázorňuje půdorysný pohled na zásobník 12 DNA vzorků, kde je patrné uspořádání jednotlivých archivačních médií 11 v řadách a sloupcích.

Obr. 12 znázorňuje archivační média 11 v bočním pohledu a jejich vzájemné propojení pomocí aretačních prvků 13 vytvořených v tělese zásobníku 12 DNA vzorků.

Obr. 13 představuje způsob vyjmutí archivačního média 11 pomocí dvojice 14.1. 14.2 úchopných ramen manipulačního robotnického mechanismu 14 patrného z obr. 14 a zpětné uložení archivačního média 11 do zásobníku 12 DNA vzorků.

Obr. 14 znázorňuje manipulační robotnický mechanismus 14 opatřený posuvníkem 16 s rameny 15,1 posunu v ose X a rameny 15 posunu v ose Y a kde je dvojice 14.1, 14.2 úchopných ramen opatřena světelným zdrojem 17 a posuvník 16 skenovací mikrokamerou 18 a čtečkou 19 RFID čipů, přičemž posuvník 16 je napojen na řídicí počítač 20 rychlé lokalizace archivačních médií

11.

Vytvoření archivu DNA vzorku

Archivační médium 11 je základní jednotkou archivu DNA vzorků. Je umístěn v zásuvném modulu různé velikosti dle rozsahu archivu.

U rozsáhlých archivů jsou archivační média 11 obsluhována robotickým mechanismem 14, který umožňuje přesnou a rychlou lokalizaci modulů dle souřadnic, které jsou zaznamenány v elektronické paměti řídicího počítače 20.

Součástí robotického mechanismu 14 je čtečka 19 RFID čipů, skenovací mikrokamera 18 a světelný zdroj 17 světla tvořený například LED diodami. Čtečka 19 RFID čipů umožňuje načtení základních informací o vzorku, jako je identifikace a DNA profil vzorku. Skenovací mikrokamera 18 umožňuje grafické naskenování informací uložených na mikrofilmu 9. Světelný zdroj 17 podsvěcuje po obvodu archivační médium 11 tak, aby bylo umožněno naskenování uloženého mikrofilmu 9.

Dvojice 14.1. 14.2 úchopných ramen zajišťuje vložení a výběr archivačního média 11 ze zásobníku 12 DNA vzorků a jeho předání k dalšímu zpracování v laboratoři.

Využití technického řešení je určeno především pro státní instituce, zejména pro armádu, policii, letectvo, apod., dále pak pro archivaci DNA společně s biometrickými znaky, tvorbu velkých archívů s minimální náročností na prostor při zachování garance kvality a množství uložené DNA, časově neomezené stability vzorku a nezávislostí na energetických zdrojích. Další využití technického řešení je namířeno na zdravotní instituce, kliniky, nemocnice a laboratoře, READY2B-TESTED, snadné zpětné zpracování v každé DNA laboratoři, garanci kvality a množství uložené DNA, archivaci DNA společně s fotodokumentací a textovou informací. V neposlední řadě je využití technického řešení směřováno k vědeckým institucím, výzkumným ústavům, též pro muzea a historická bádání a řešení umožňuje sdílení informací v elektronické podobě včetně internetových přenosů dat

Claims (3)

1. Zařízení pro archivaci DNA vzorků, sestávající z ochranného pouzdra (6) vzorku tvořeného dolní částí (6.1) pouzdra vzorku a homí částí (6.2) pouzdra vzorku, které jsou natěsno do sebe vzájemně vsunuté a vzájemně na obvodové hraně (6.4) hermeticky uzavřené, přičemž do dutiny (6.3) vzorku je vložen DNA modul (5), vyznačující se tím, žek ochrannému pouzdru (6) vzorku je připojen datový modul (7) tvořený vzájemně natěsno spojenou dolní částí (7.1) modulu s homí částí (7.2) modulu, přičemž v dutině (7.3) datového modulu je obsažen optický nosič (8) tvořený mikrofilmem (9) a RFID čipem (10) a přičemž takto spojeným ochranným pouzdrem (6) obsahujícím DNA modul (5) s datovým modulem (7) obsahujícím optický nosič (8) je vytvořeno archivační médium (11).

2. Zařízení pro archivaci DNA vzorků podle nároku 1, vyznačující se tím, že archivační médium (11) je vložitelné do zásobníku (12) DNA vzorků a pomocí aretačních prvků (13) vytvořených v tělese zásobníku (12) DNA vzorků zajištěno.

3. Zařízení pro archivaci DNA vzorků podle nároků la2, vyznačující se tím, že zásobník (12) DNA vzorků je opatřen manipulačním robotnickým mechanismem (14) opatřeným posuvníkem (16) s rameny (15) posunu v ose (Y) a rameny (15.1) posunu v ose (X), přičemž posuvník (16) je opatřen dvojicí (14.1, 14.2) manipulačních ramen opatřených světelným zdrojem (17) a posuvník (16) je dále opatřen skenovací mikrokamerou (18) a čtečkou (19) RFID čipů a přičemž manipulační robotnický mechanismus (14) je napojen na řídicí počítač (20) rychlé lokalizace DNA modulů (5).