ES2282753T3 - Camara de ensayo diagnostico in vitro mejorada por fluidez. - Google Patents
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Abstract
1 Una cámara cubierta para uso en un sistema para el tamizaje de una muestra líquida a través de ensayos de enlace. La cámara cubierta incluye una entrada y una salida. La cámara cubierta adicionalmente incluye: Un componente (T) que define en un interior suyo una pluralidad de pozos que tienen cada uno un fondo para la recepción de un reactivo; Un fondo (B) para albergar la pluralidad de pozos y definir, entre la entrada y la salida, un paso de flujo que conecta la pluralidad de pozos con el paso de flujo del reactivo común entre la entrada y la salida; y el fondo que define, para cada uno de los múltiples pozos, un componente de división de flujos que define una superficie continua. La superficie contínua sobresale de y hacia cada uno de los múltiples pozos para la deflexión del fluido que fluye desde la entrada a la salida y hacia el interior de la pluralidad de pozos con el fin de permitir el lavado de los fluidos provenientes de la pluralidad de pozos.
Description
Cámara de ensayo diagnóstico in vitro
mejorada por fluidez.
Este invento tiene que ver con un aparato y
método para uso en el análisis diagnóstico de una muestra líquida a
través de ensayos de enlace. Más en particular, se revela una cámara
de prueba diagnóstica in vitro mejorada óptimamente y por
fluidos, relacionada con el método y aparato revelados en Sell et
al US Patent 4.567.149 emitida en 28 de enero de 1986.
En Sell et al, US Patent 4.567.149
concedida el 28 de enero de 1986, se revela un aparato y un método
relacionado con él para uso en el análisis diagnóstico de una
muestra líquida a través de pruebas de enlace. El aparato incluía
un cuerpo rígido y una cantidad de hilos elongados, referidos
algunas veces como filamentos y/o cintas, cada uno de ellos
recubierto con un componente enlazante de ensayo y soportado sobre
el cuerpo en relaciones espaciadas para contacto simultáneo con una
muestra líquida. Esta pluralidad de hilos elongados se posicionaba
a lo largo de un pozo elongado bien formado en el cuerpo rígido,
generalmente en forma transversal al eje longitudinal del pozo. Una
pieza transparente, de ahora en adelante referida como una cubierta,
se aseguraba al cuerpo rígido cubriendo el pozo elongado entre una
entrada y una salida a lo largo de un flujo común de reactivo desde
la entrada hasta la salida. Los hilos se protegían durante la
manipulación del aparato.
Durante el uso, se podía confinar y aislar en el
pozo un volumen específico de la muestra líquida donde ésta se
podía incubar con los hilos. El aparato de la invención era
particularmente adecuado para el tamizaje de alergias, con cada
hilo consistente en un hilo de algodón recubierto con una sustancia
alergénica específica.
El cuerpo rígido empleado en Sell et al
se construía preferiblemente de plástico e incluía una superficie
plana alrededor del pozo elongado. El hilo se tensionaba a lo largo
del pozo desde orillas de lados opuestos del mismo. La cubierta
quedaba por encima de los hilos y se aseguraba a extremos de lados
opuestos del pozo. El cuerpo rígido incluía un puerto en cada
extremo del pozo elongado para facilitar la inserción de varios
líquidos dentro del pozo, incluyendo la muestra líquida a probar,
las soluciones lavadoras adecuadas y una solución anticuerpo
marcada. El aparato incluía adicionalmente una proyección en forma
de pipeta alineada con el puerto localizado en un extremo del
pozo.
La cubierta incluía preferiblemente una lámina
plástica delgada en contacto directo con la superficie del cuerpo
rígido. La cubierta tenía una pantalla de seda con una serie de
aperturas angostas paralelas, cada una alineada con cada uno de los
hilos de algodón por separado. La pantalla de seda optimiza la
medición de la reacción de cada hilo de algodón al reducir los
efectos interferentes de hilos adyacentes. La cubierta se aseguraba
preferiblemente a la superficie del cuerpo sólido mediante soldadura
ultrasónica.
El aparato de Sell et al US Patent
4.567.149 es ampliamente aceptado y aún se utiliza en la actualidad.
Cuando está en uso, el soporte y los hilos se llenan e incuban con
una muestra líquida tal como suero humano. Un anticuerpo secundario
(por ejemplo un anticuerpo conjugado a peroxidasa del rábano, el
cual reacciona al luminol) es incubado por alrededor de unas cuatro
horas. Luego de esto los hilos eran lavados con una solución tampón
- una solución salina - y eran drenados. Este lavado se hacía tres
veces. Luego de este paso se introducía un fluido que induce una
reacción de quimiluminiscencia. La cantidad de múltiples agentes
biológicos que interactúan con los componentes enlazantes de la
prueba recubiertos sobre los hilos se determina notando la presencia
y ausencia de luz que es emitida de cada uno de los pozos. Por
ejemplo, cuando se tamiza para la presencia de múltiples
anticuerpos alergénicos específicos clase IgE en una muestra
líquida, el aparato se incuba con la muestra de prueba y luego,
después del lavado, se incuba con una solución que contiene
anticuerpos marcados para los anticuerpos clase IgB que se han
enlazado a los hilos. Se analizan entonces los hilos para determinar
la presencia de los anticuerpos marcados. Si los anticuerpos
marcados son etiquetados con un trazador radiactivo, tal como
^{125}I, este análisis se puede realizar empleando un contador
gamma. Alternativamente, el análisis se puede realizar colocando
los hilos adyacentes a una película fotográfica para su exposición y
luego midiendo el grado de exposición o más recientemente,
registrando en un detector de luz ya sea mediante fibra óptica o
por detección directa.
Este aparato ha experimentado un alto grado de
éxito comercial. Esta revelación es un mejoramiento de dicho
aparato. Específicamente, hemos efectuado un análisis sistemático y
extensivo de este aparato que antes era el estado del arte. En lo
que sigue, el lector encontrará enumeradas las áreas específicas de
mejoramiento.
El aparato de Sell et al US Patent
4.567.149 tenía un pozo o canal elongado poco profundo, uniforme en
su sección transversal, interrumpido solamente por los hilos que
cruzaban la cámara. El resultado era un aparato que requería
aproximadamente de 1,5 ml de suero para producir el resultado
esperado de la prueba. Desafortunadamente las muestras pediátricas
son, en la mayoría de los casos, de menor volumen. Por ejemplo, se
determinó que un aparato con un requerimiento de 0,500 mililitros o
menor tendría una mayor utilidad, especialmente en el campo
pediátrico.
Segundo, se ha determinado que los hilos en
general, y los de algodón en particular, requieren volúmenes mayores
de alergen/antígeno/reactivo en su proceso de absorción. Por
ejemplo, 40 mililitros de extracto de sustancia alergénica se
requerían para recubrir 12 yardas de hilo que podían ser usadas como
uno de los 600 hilos en las unidades de Sell et al US Patent
4.567.149. Esta rata de uso aumenta el costo de la prueba ya que
requiere de la extracción del alergen a muy grande escala. Esto es
una desventaja porque aumenta el costo del producto.
Adicionalmente, el hilo es un producto natural (algodón) y puede ser
difícil y costoso el controlar la calidad lote a lote.
Como será revelado aquí más adelante estos
mismos 40 mililitros de alergen pueden ser usado ahora en 20.000
pruebas! En el nuevo diseño el alergen está directamente unido a la
cubierta de poliestireno y no se usan hilos.
Tercero, la alineación y registro de los hilos
individuales en las superficies individuales requería constante
atención y esfuerzo. Se tenía que evitar la desalineación de los
hilos para prevenir "falsos positivos" y "falsos
negativos".
Cuarto, una vez que los hilos habían sido
incubados con los reactivos, tales como suero, se requería que
fueran lavados y escurridos. Con solo un flujo el lavado de los
hilos requiere un exceso de fluido. Aún más, los hilos de algodón
usados proveían a la vez, resistencia al lavado uniforme y retención
fluida del suero humano o solución salina. Específicamente, en la
unión de los hilos y el paso de flujo se tendía a acumularse
solución residual, ya fuera de suero o de solución salina. Esta
acumulación ocurría debido a la combinación de la tensión
superficial y las superficies irregulares provistas donde los hilos
entraban al canal del aparato. Específicamente, los hilos de
algodón introducían características salientes adicionales
(superficies) donde el fluido podía quedar inmovilizado por tensión
superficial (fuerzas capilares). El operario se mantenía retirando
este fluido manualmente.
El aparato se usa en la actualidad para pruebas
in vitro de reacciones inmunológicas a varios alergenos.
Desde una perspectiva de la mecánica de fluidos, la operación del
aparato requiere que el suero sanguíneo sea inyectado a la cámara
de prueba donde entra en contacto con los diferentes alergenos
depositados en los hilos. El suero es seguidamente drenado (por
gravedad) desde la cámara de prueba y se usa una solución salina
para hacer un lavado adicional del dispositivo. Durante el ciclo de
lavado, se introduce una boquilla en la entrada en la parte
superior del aparato formando un sello hermético que permite al
fluido el ser inyectado a presión en la cámara de prueba. Cuando
este sello se interrumpe por la remoción de la boquilla se alivia la
presión de vacío resultante lo cual permite al fluido el ser
evacuado del dispositivo. La evacuación incompleta o aún
inconsistente de la solución de lavado de la cámara de prueba
representa un problema potencial de dilución para las demás
operaciones del dispositivo, requiriendo que el operario se asegure
que todo el fluido ha sido retirado de la cámara luego del
lavado.
Quinto, se podría mejorar la salida de luz del
dispositivo que indica la reacción. Específicamente, los hilos que
sufren una reacción grande podían radiar luz por fuera de su área de
lectura lo que hacía que se requiriera un reactivo de extinción.
Más aún, en los casos donde la reacción era demasiado débil, se
necesitaba un aumento en el substrato.
Sexto, la cubierta es fabricada de poliestireno
extruído el cual es dado a rayarse lo que requiere esfuerzos de
aseguramiento de la calidad para la selección de los componentes.
Aunque las rayas son solamente defectos cosméticos, una parte
obtenida en molde los eliminaría y proporcionaría mayor efectividad
de costos.
En resumen, nuestro estudio detallado hizo claro
que un mejoramiento era posible.
La presente invención está relacionada con una
cámara cerrada usada en un sistema para el tamizaje de una muestra
líquida mediante ensayos de enlace tal como se reivindica en la
reivindicación 1 y con un proceso correspondiente tal como se
reivindica en la reivindicación 12. La cámara cerrada incluye una
entrada, una salida y una gama de pozos discretos que contienen
reactivos los cuales están comunicados por un trayecto común para
el flujo de reactivos entre la entrada y la salida. Un componente de
la cubierta, que opcionalmente es transparente, tiene definidos en
su parte interna la gama de pozos. Cada pozo tiene un fondo para la
recepción del reactivo el cual emite luz al reaccionar. La cubierta
puede tener adicionalmente definidos entre el fondo de la variedad
de pozos y el exterior de ella pasajes de luz para la detección de
la reacción. Esta cubierta puede opcionalmente tener definida una
lente sobre cada pozo la cual es una parte moldeada. Este pasaje de
luz reemite al exterior de la cubierta la luz proveniente de las
reacciones que ocurren dentro del pozo indicando la ocurrencia o no
de una reacción. Un componente inferior define para cada uno de la
variedad de pozos un componente de desviación de flujo. Este
componente de desviación de flujo es una superficie continua, que
sobresale desde y hacia uno de la variedad de pozos con el fin de
desviar hacia el interior de los pozos el flujo que va de la
entrada a la salida. Esta desviación permite el lavado de los
fluidos en la pluralidad de pozos. Al mismo tiempo la superficie
continua aumenta y substancialmente mejora el drenaje de la
inyección de solu-
ción -usualmente una solución salina. Cuando se emplea una solución que presenta, ya sea emisión o ausencia de luz, para indicar la ocurrencia de la reacción, el pasaje de luz y las lentes opcionales sirven tanto para concentrar la luz emitida así como para inhibir falsos positivos. Finalmente, se revela una partición opaca con rendijas para rodear los lentes individuales y de esta manera individualizar la luz proveniente de cada uno de los pozos. El resultado es una detección mejorada, ensamblando una cubierta, un componente inferior y una partición opaca se obtiene una cámara que emplea un pequeño volumen de suero proveniente del paciente. Dicha cámara se llena con aproximadamente 270 \mul de líquido. Esta cámara es especialmente útil para los casos de muestras pediátricas. A la par de esto la reducción en volumen no genera características de mal lavado. El diseño fluídico de la cámara permite el uso de pequeños volúmenes de suero del paciente y asegura un lavado suficiente.
ción -usualmente una solución salina. Cuando se emplea una solución que presenta, ya sea emisión o ausencia de luz, para indicar la ocurrencia de la reacción, el pasaje de luz y las lentes opcionales sirven tanto para concentrar la luz emitida así como para inhibir falsos positivos. Finalmente, se revela una partición opaca con rendijas para rodear los lentes individuales y de esta manera individualizar la luz proveniente de cada uno de los pozos. El resultado es una detección mejorada, ensamblando una cubierta, un componente inferior y una partición opaca se obtiene una cámara que emplea un pequeño volumen de suero proveniente del paciente. Dicha cámara se llena con aproximadamente 270 \mul de líquido. Esta cámara es especialmente útil para los casos de muestras pediátricas. A la par de esto la reducción en volumen no genera características de mal lavado. El diseño fluídico de la cámara permite el uso de pequeños volúmenes de suero del paciente y asegura un lavado suficiente.
La cámara de prueba interna con sus
características de flujo aumentado ha sido diseñada, basada en
principios de Mecánica de Fluidos, para optimizar el lavado de los
pozos alergénicos y las características de drenaje del dispositivo.
La forma, tamaño y ubicación de (a) las cavidades
alergénicas, (b) la "superficie continua" que aumenta el flujo
y (c) las secciones de entrada y salida de la cámara han sido
seleccionadas para: (1) minimizar el volumen interno de la cámara
de prueba, (2) reducir la retención capilar de fluido durante el
drenaje, (3) mantener el lavado óptimo de las cavidades alergénicas
a tazas de flujo altas y bajas y (4) permitir la operación
eficiente del dispositivo en un rango más amplio de posiciones.
La "superficie continua" delineada mejora
las características de lavado del dispositivo redireccionando el
flujo del canal principal hacia las cavidades alergénicas. El
dispositivo puede ser operado sin pérdidas significativas en su
eficiencia lavado/drenaje hasta con una inclinación de 35 grados con
respecto a la posición vertical nominal.
La migración desde la cubierta plana hacia los
nuevos pozos alergénicos introduce nuevas complejidades al diseño.
Donde el drenaje era uno de los principales aspectos con la
configuración de cubierta plana, aquí la "lavabilidad" del
dispositivo en presencia de cavidades alergénicas se convierte en el
área de mayor preocupación. Esto es, la habilidad del patrón de
flujo inducido por la inyección de la solución de lavado para
desplazar el reactivo más viscoso o el suero sanguíneo de las
superficies y esquinas de las cavidades alergénicas. Así, la forma
interna de la cámara de prueba se diseña para permitir la
penetración a éstas cavidades de un flujo suficientemente fuerte
para su lavado.
Desde un punto de vista estrictamente de la
mecánica de fluidos, es deseable que estas cavidades sean tan
anchas en la dirección del flujo como sea posible e igualmente tan
pandas como sea posible. Sin embargo, las cavidades tienen que ser
suficientemente profundas para permitir el depósito de la cantidad
requerida de material de prueba tal como el alergen. Aún más, las
cavidades no pueden ser excesivamente anchas sin que se presente un
efecto adverso en la óptica del dispositivo, por ej., en la
habilidad de la transmisión de luz y del sistema de partición (con
o sin las lentes opcionales) para concentrar en forma eficiente la
luz para la detección y para aislar la luz proveniente de los pozos
adyacentes. Por lo tanto, el diseño de las cavidades alergénicas ha
sido efectuado de una forma que satisface el flujo, la óptica y los
requerimientos químicos del dispositivo.
Uno de los cambios requeridos fue el diseñar una
cámara que pudiera enfocar la salida de la luz. Este cambio en el
diseño es importante por tres razones. Primero, la nueva cámara es
diseñada para aumentar la especificidad del ensayo cuando se
experimenta una respuesta de paciente muy alta. Segundo, la cámara
es diseñada para aumentar la sensibilidad del ensayo al enfocar la
luz hacia el sistema de detección. Tercero, la luz ya no es emitida
desde una fuente lineal tal como un hilo; en su lugar es emitida
desde el fondo plano del pozo.
Desde una perspectiva de la óptica, el objetivo
del diseño es el desarrollar una cámara de diagnostico in
vitro que permita a la luz emitida por múltiples alergenos
colocados dentro de ella ser recolectada eficientemente a la vez
que se obtiene el mínimo de entrecruzamiento de la luz de estos
múltiples alergenos. El sistema de detección que detecta la emisión
de luz opera (como por barrido) a lo largo de una línea que
recolecta la luz que penetra en la apertura de entrada dentro de un
rango angular dado. En un dispositivo de detección que utiliza el
anterior estado del arte descrito aquí, el alineamiento de la óptica
de detección (hace las lecturas al realizar un barrido) colecta la
luz de un solo alergen ubicado en un sitio en particular a lo largo
de la línea de barrido. Esencialmente, debido al requerimiento de
que sea compatible con los equipos de detección existentes, parte
de la geometría de la cámara es fijada. Dos partes componen la
cámara; un cuerpo principal óptimamente absorbente y la cubierta
óptimamente transparente.
El alergen es colocado en pozos espaciados (que
pueden estar o no igualmente espaciados) directamente sobre la
cubierta transparente. La superficie del pozo típicamente puede ser
tratada mediante radiación tal como gamma o ultravioleta. La
profundidad de los pozos y la forma de los bordes cónicos son
determinados como una solución con el fin de minimizar el
entrecruzamiento de luz y maximizar las capacidades de lavado. La
parte superior de la cubierta posee una serie de indentaciones entre
cada uno de los pozos que no se extienden completamente a lo largo
de la pieza. Sobre la parte superior de la cubierta hay una pieza de
partición óptimamente opaca la cual tiene ranuras localizadas
directamente por encima de cada pozo del alergen. Estas ranuras
permiten el paso de la luz, a través de las lentes, hacia el
detector. La pieza de partición posee dedos o particiones opacas
individuales con rendijas que se extienden hacia las indentaciones
en la cubierta con el fin de bloquear el paso de la luz a las áreas
de lectura adyacentes.
Sobre la superficie de la cubierta, directamente
por encima de los pozos que albergan el alergen, hay una serie de
lentes igualmente espaciados. Estos lentes sobresalen de las
rendijas en la partición y pueden tener varias formas. Modelando
adecuadamente la curvatura de los lentes la cantidad adecuada de luz
de cada alergen que es recolectada y detectada por el sistema de
detección puede ser optimizada. Los lentes pueden tener un perfil
de forma cilíndrica, de forma toroidal o de forma esférica con el
fin de optimizar la eficiencia en la recolección de luz.
La Fig. 1A es una vista lateral de la cámara de
diagnóstico in vitro ensamblada, donde se ilustra de abajo a
arriba la parte inferior del cuerpo de la cámara de prueba, el
volumen del reactivo común; la parte superior de la cubierta donde
se definen los pozos individuales y los lentes; y la partición
óptica suprayacente;
la Fig 1B es una vista lateral de la cámara de
diagnóstico in vitro ensamblada donde se ilustra, de abajo a
arriba, la parte inferior del cuerpo de la cámara de prueba, el
volumen del reactivo común; el componente transparente superior que
define los pozos individuales, los pasos de luz sin los lentes y la
partición óptica suprayacente;
la Fig 2 es una representación diagramática
agrandada de la acción del paso de flujo desviando un caudal
interior de un pozo dentro de la cubierta transparente;
la Fig 3A es una vista en perspectiva del
componente inferior de la cámara donde se define la protrusión
lineal continua entre la entrada y la salida de la cámara de esta
invención;
la Fig 3B es una vista en perspectiva de la
cubierta desde el lado del pozo. Se aprecia que para lograr el
ensamblaje se requiere una rotación de 180º de la cubierta;
la Fig 3C es una vista en perspectiva de la
partición óptica para la superposición de los lentes individuales
de cada uno de los pozos de diagnóstico;
la Fig 4A es una vista de planta de la parte
inferior del cuerpo de la cámara;
la Fig 4B es una vista lateral de la parte
inferior del cuerpo de la cámara;
la Fig 4C es una vista de planta de la parte
superior del interior del cuerpo de la cámara;
la Fig 4D es una sección extrema elevada de la
entrada a la cámara en la parte inferior del cuerpo de la
cámara;
la Fig 4E es una vista de planta de la entrada
a la cámara en la parte inferior del cuerpo de la cámara;
la Fig 5A es una vista de planta de la cubierta
que incorpora las lentes cilíndricas;
la Fig 5B es una vista lateral de la cubierta
que ilustra la vista lateral de las lentes;
la Fig 5C es una vista de planta de la parte
inferior de la placa de la Fig 5A;
la Fig 5D es una vista de planta de la parte
superior de la cubierta sin las lentes;
la Fig 5E es una vista lateral de la cubierta
sin las lentes;
la Fig 5F es una vista de la parte inferior de
la cubierta sin las lentes;
la Fig 6A es una vista de la parte inferior de
la partición óptica de la cámara;
la Fig 6B es una vista lateral de la partición
óptica del cuerpo de la cámara;
la Fig 6C es una vista de la parte superior de
la partición óptica del cuerpo de la cámara y
la Fig 6D es una vista lateral agrandado tomado
en la partición óptica.
Con relación a la vista de planta de la figura
1A, se puede lograr un entendimiento global de la cámara C
ensamblada. La cámara C incluye la parte inferior B que define las
protrusiones de flujo P. Como será declarado aquí más adelante, es
función de la parte inferior B y de las protrusiones de flujo P el
proveer una acción eficiente de limpieza a los pozos individuales W
que contienen los reactivos deseados R. Para ayudar a minimizar el
traslado de la luz el fondo B se fabrica de un material que absorba
luz. Preferimos utilizar un material opaco que absorba luz en
contraposición a materiales que de alguna manera la reflejen.
Por encima de la parte inferior B y espaciado
del fondo, tal como se muestra en la Fig 1, está el componente
transparente o cubierta T. La cubierta T cumple tres funciones
principales. La primera, cuando se encuentra invertida con relación
a la disposición mostrada en las Fig 1A y 1B, los pozos individuales
W reciben el reactivo R. El reactivo R se adhiere al fondo de los
pozos W cuando la cubierta T se invierte (ver Fig 2).
Segundo, la cubierta transparente o cubierta T
permite que la luz escape del reactivo R en los pozos W una vez se
ha completado el proceso de diagnóstico. Tomando como ejemplo el
tamizaje de una prueba para alergia, uno o más pozos pueden emitir
luz indicando con ello la presencia o ausencia de una reacción
alérgica de tipo específico.
Tercero; la cubierta T define las lentes L en la
Fig 1A, solamente. Estas lentes L son típicamente cilíndricas,
cubren los pozos W y una vez terminada la reacción de diagnóstico
permiten escapar del reactivo R un rayo de luz generalmente
colimado. En la Fig 1B se muestra una modalidad que no incluye las
lentes L.
Finalmente, y ajustando las lentes L, se muestra
la pieza opaca S. La pieza opaca S incluye la partición con las
ranuras 14 que sobresale de cualquiera de los lado de las lentes
individuales L. Es función de la partición opaca con las ranuras 14
el prevenir que la luz de los reactivos R de un pozo W genere un
"falso positivo". Esto puede ocurrir debido a la luz que
escapa de un pozo a una lente L situada sobre un pozo W adyacente.
El propósito de la pieza opaca S es también minimizar el que la luz
que es emitida lateralmente de un pozo sea interceptada y luego
dispersada a un pozo adyacente.
Con relación a las vistas yuxtapuestas de las
Figs 3A, 3B y 3C y con atención especial a la Fig 3B, se puede
entender fácilmente el ensamble de la cámara de diagnóstico de esta
invención. La Fig 3B ilustra la cubierta T del lado que contiene
los pozos individuales W, Inicia con el pozo W1 y termina con el
pozo W38. En el ejemplo que aquí se muestra los pozos W1, W2 y W3
han sido llenados cada uno con un reactivo R1, R2 y R3. En el curso
normal de eventos la cubierta T sería rotada 90º y tendría todos los
treinta y ocho pozos llenos, cada uno con un reactivo diferente.
Típicamente, cada reactivo sería tratado hasta que ocurra la
adherencia al fondo de los pozos W. En el caso usual, esto
requeriría solamente secado bajo condiciones controladas. Una vez
que ha ocurrido esta adherencia, la cubierta T se regresa de la
posición mostrada en la Fig 3B de tal manera que las lentes L (no
mostradas) quedan hacia el observador.
El resto del ensamblaje es convencional. La
cubierta T se ajusta al fondo B en una estrecha relación de fluidos.
Entre la cubierta T y el fondo B se define un volumen de fluidos
estrecho entre la entrada I y la salida O. Luego la pieza opaca S
se ajusta sobre la cubierta T en las lentes L con la partición opaca
con las rendijas 14 dispuestas a cada lado de cada lente L. Resulta
así una cámara de diagnóstico C ensamblada.
Se puede describir el uso de la cámara C. Cuando
está en uso se llena la cámara C a través de la entrada I,
manteniendo abierta la salida O, hasta llenado completo con la
muestra - que usualmente es suero para la detección de reacciones
alérgicas. Una vez lleno, las muestras R son incubadas durante un
intervalo de tiempo suficiente para indicar la presencia y/o
ausencia de una reacción.
Un anticuerpo secundario (por ejemplo un
anticuerpo conjugado a peroxidasa del rábano - el cual reacciona
con luminol) es luego incubado. Luego de esto se lavan los pozos W
con una solución salina y son drenados. Este lavado y drenado
emplea las protrusiones de flujo P dentro del paso continuo de flujo
de reactivos.
Luego de este paso, se introduce un fluido que
induce una reacción quimiluminiscente. Esta reacción luminiscente
ocurre en los pozos W donde los reactivos R sufren una reacción (ver
Fig 2). La cantidad de múltiples agentes biológicos que interactúan
con los componentes de enlace del ensayo recubiertos sobre los pozos
W se determina notando la presencia y/o ausencia de luz que es
emitida de cada uno de los pozos.
Por ejemplo, cuando se tamiza para la presencia
de múltiples anticuerpos clase IgE de especificidad alergénica en
una muestra líquida, el dispositivo es incubado con la muestra a
ensayar y luego, después del lavado, con una solución que contiene
los anticuerpos marcados contra los anticuerpos clase IgE que se han
enlazado a los pozos. Los pozos son entonces analizados para
determinar la presencia de los anticuerpos marcados. Si los
anticuerpos marcados se marcan con un trazador radiactivo, tal como
^{125}I, el análisis puede ser realizado empleando un contador
gamma. Alternativamente, el análisis se puede realizar colocando el
dispositivo adyacente a una película fotográfica, exponiendo esta y
luego midiendo el grado de exposición o, más recientemente
registrando con un detector de luz ya sea de fibra óptica o de
detección directa.
Luego de haber descrito la operación global se
puede dirigir la atención a la dinámica del flujo y a la óptica que
resulta de esta revelación.
La resistencia media en cizalla, \tau, a lo
largo de las paredes de la cavidad del pozo fue optimizada. Este
esfuerzo en cizalla representa una medida de la fuerza que la
solución de lavado sería capaz de ejercer sobre las partículas
fluidas del reactivo o suero que se encuentran a lo largo del fondo
de los pozos W.
Con relación a la Fig 2, se construyeron modelos
por computador de las configuraciones alternativas y estas fueron
usadas para obtener el patrón de flujo con la cámara de prueba. La
modalidad preferida resultante de estas pruebas se muestra en la
Fig 2.
La magnitud del esfuerzo en cizalla resultante,
promediada a lo largo de la pared de la cavidad, fue calculada y
normalizada con relación al caso base. En ausencia de protuberancias
sobre la pared inferior del canal el flujo medio de "alta
velocidad" en el canal principal solamente indujo, como resultado
del cizallamiento (o fricción) entre las capas, un flujo dentro de
la cavidad. Este flujo es típicamente mucho menor que el flujo en
el canal principal. El flujo más eficiente, en términos de cizalla
de pared, ocurre a un factor de forma (profundidad a anchura) de
aproximadamente 0,5. Si la cavidad es muy profunda entonces el flujo
inducido se hace muy débil en el área adyacente a la pared superior
de la cavidad. Si la cavidad es demasiado panda, impide el
establecimiento de un patrón de flujo bien organizado y el
cizalla-
miento de pared resultante empieza a caer (note la caída en \tau a medida que disminuye la profundidad de la cavidad).
miento de pared resultante empieza a caer (note la caída en \tau a medida que disminuye la profundidad de la cavidad).
El diseño preferido para la configuración
pozo/protrusión se puede ver en las Figs. 1A y 1B. La Fig 2 muestra
un modelo de flujo real que ilustra el flujo del fluido a través de
la cavidad de la Fig 4. Mientras que, las dimensiones normalmente
no son importantes para la invención, el diseño de la cámara de
flujo tiene aquí importancia.
Con referencia a las Figs 1A y 1B, la
profundidad del canal de flujo es 0,011 pulgadas. El canal se
inclina en un ángulo de 27,4º hacia arriba y hacia abajo. El canal
varía en elevación 0,020 pulgadas. Cuando se le ve en planta el
canal tiene una anchura aproximada de 0,157 pulgadas. La protrusión
está centrada con respecto al pozo W. El volumen total para el
llenado de la cavidad de flujo es del orden de 270 \mul.
En resumen, la geometría de la configuración
seleccionada ha sido determinada basada en numerosas iteracciones
que permitieron el mejoramiento continuo del concepto de diseño. La
forma básica de la cavidad fue cambiada de un rectángulo a la
porción superior de un trapezoide.
Adicionalmente, las paredes de la cavidad
facilitan más el drenaje del dispositivo.
Asumiendo que se usa una lente como la mostrada
en la Fig 1A, la óptica a través de las lentes L tiene que permitir
el paso de cantidades relativamente bajas de luz a cualquier sistema
de detección en particular utilizado con el dispositivo. Igualmente
se tiene que prevenir el paso de luz entre un pozo W en el que se ha
efectuado una reacción y uno adyacente en el que esta reacción no
ha ocurrido. Hemos descubierto que la combinación de las lentes
cilíndricas L con el fondo plano de los pozos W produce una salida
relativamente colimada de la luz proveniente de la reacción. Al
fabricar el fondo B y la pieza opaca S con plástico opaco y
absorbente de la luz emitida (que indica la presencia o ausencia de
la reacción) se minimiza la contaminación cruzada de luz.
Se entenderá que la óptica revelada en
combinación con el pozo W representa un compromiso cuidadoso que en
gran medida ha sido determinado empíricamente.
Se ha hecho énfasis en que, debido al tamaño y
volumen relativamente pequeños del dispositivo, las dimensiones son
importantes. Consecuentemente suministramos como parte de la
revelación los dibujos de producción ahora preferidos relacionados
con el dispositivo actual. Las Figs. 4A-E ilustran
el fondo opaco. Las Figs. 5A-5C ilustran la
cubierta T con las lentes cilíndricas incorporadas al diseño. Las
Figs. 6A-6D ilustran la partición óptica. Todo esto
se suministra de tal manera que se pueda entender la dimensionalidad
real de esta invención.
Contemplamos el uso de todos los diferentes
marcadores para la detección de las reacciones. Mientras que nos
hemos referido a las reacciones del ^{125}I y de
quimiluminiscencia, otras formas de marcación pueden también ser
empleadas. Por ejemplo, se pueden usar reacciones mejoradas de
colorimetría. Más aún, mientras que nosotros describimos una
reacción alérgica como utilización primaria del dispositivo, otros
tipos de reacciones pueden ser usadas también. Estos otros tipos de
reacciones pueden incluir la detección de marcadores para el cáncer,
enfermedades infecciosas, autoinmunes, hormonas y drogas de
abuso.
Claims (12)
1. Una cámara cubierta para uso en un sistema
para el tamizaje de una muestra líquida a través de ensayos de
enlace. La cámara cubierta incluye una entrada y una salida. La
cámara cubierta adicionalmente incluye:
- \quad
- un componente (T) que define en un interior suyo una pluralidad de pozos que tienen cada uno un fondo para la recepción de un reactivo;
- \quad
- un fondo (B) para albergar la pluralidad de pozos y definir, entre la entrada y la salida, un paso de flujo que conecta la pluralidad de pozos con el paso de flujo del reactivo común entre la entrada y la salida; y
- \quad
- el fondo que define, para cada uno de los múltiples pozos, un componente de división de flujos que define una superficie continua. La superficie contínua sobresale de y hacia cada uno de los múltiples pozos para la deflexión del fluido que fluye desde la entrada a la salida y hacia el interior de la pluralidad de pozos con el fin de permitir el lavado de los fluidos provenientes de la pluralidad de pozos.
2. Una cámara de acuerdo a la Reivindicación 1,
donde la profundidad del pozo desde la superficie superior es de
0,51 cm (0,2 pulgadas).
3. Una cámara de acuerdo a la Reivindicación 1
ó 2, donde el paso de flujo del reactivo común contiene menos de
300 microlitros.
4. Una cámara de acuerdo a cualquiera de las
reivindicaciones anteriores donde el componente divisor de flujo
está centrado con respecto al pozo.
5. Una cámara de acuerdo a cualquiera de las
anteriores reivindicaciones donde los pozos sean tratados con
radiación para la retención de alergen/antígeno/reactivo colocados
en el pozo.
6. Una cámara de acuerdo a cualquiera de las
anteriores reivindicaciones donde el componente que define en el
interior una pluralidad de pozos es transparente.
7. Una cámara de acuerdo a cualquiera de las
reivindicaciones 1-5 donde el componente que define
un interior de una pluralidad de pozos define una lente sobre cada
uno de los pozos con el fin de emitir la luz emitida de un reactivo
en los pozos.
8. Una cámara de acuerdo a cualquiera de las
reivindicaciones anteriores donde cada uno de una pluralidad de
pozos incluye un fondo plano.
9. Una cámara de acuerdo a cualquiera de las
anteriores reivindicaciones donde en cada uno de una pluralidad de
pozos incluye lados que definen ángulos obtusos desde y hacia el
paso del flujo del reactivo común desde la entrada hasta la
salida.
10. Una cámara de acuerdo a cualquiera de las
anteriores reivindicaciones donde cada uno de los pozos contiene
recubierta una sustancia escogida entre un grupo que consiste de un
alergen, un antígeno y un reactivo.
11. Una cámara de acuerdo a cualquiera de las
anteriores reivindicaciones donde el paso del flujo del reactivo
común desde la entrada hasta la salida conecta en forma serial la
pluralidad de pozos.
12. Un proceso de tamizaje de una muestra
líquida a través de una serie de ensayos de enlace entre la entrada
y salida de una cámara encerrada. El proceso incluye los siguientes
pasos:
- \quad
- suministro de un componente que define en el interior una pluralidad de pozos cada uno con un fondo para la recepción de un reactivo;
- \quad
- depósito y adherencia de diferentes reactivos en los diferentes pozos;
- \quad
- provisión de al menos una lente en cada pozo para la emisión al exterior del componente transparente de la luz proveniente de las reacciones que ocurren dentro de los pozos;
- \quad
- provisión de un fondo para albergar la pluralidad de pozos y definir la entrada, la salida y un paso de flujo entre la entrada y salida que conecta la pluralidad de pozos con el paso de flujo del reactivo común;
- \quad
- definición de un miembro divisor de flujo para cada uno de la pluralidad de pozos el cual define una superficie continua. La superficie continua sobresale desde y hacia uno entre la pluralidad de pozos con el fin de desviar el fluido que fluye entre la entrada y la salida hacia un interior de la pluralidad de pozos para permitir que los fluidos entren en contacto con los reactivos dentro de los pozos;
\newpage
- \quad
- hacer pasar un reactivo fluido desde la entrada hasta la salida para que fluya a lo largo del paso del flujo de reactivos y reaccione con los reactivos en la pluralidad de pozos; luego lavar el reactivo fluido en los pozos haciendo pasar líquido de lavado desde la entrada hasta la salida sobre las superficies continuas para permitir el lavado de los reactivos en la pluralidad de pozos individuales; y entonces
- \quad
- hacer pasar un indicador de reacción a través del paso encapsulado desde la entrada hasta la salida. El indicador indica la presencia y/o ausencia de reacción entre el analito y el reactivo en el pozo.
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