ES2304093A1 - Sistema integrado, procedimiento y disco de almacenamiento de datos para analisis quimico de muestras y para detectar y almacenar los resultados analiticos. - Google Patents
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Abstract
Sistema integrado, procedimiento y disco de
almacenamiento de datos para análisis químico de muestras y para
detectar y almacenar los resultados analíticos.
Esta invención concierne un sistema integrado
(100) para analizar químicamente muestras, detectar y almacenar el
resultado del análisis, que comprende:
a. un grabador (102) de discos de almacenamiento
de datos para grabar una cara de grabación (107) de un disco de
almacenamiento (106),
b. una fuente de excitación (108) para irradiar
una cara de ensayo (105) de un disco en posición de ser grabado,
caracterizado porque comprende una cámara (104,
408, 514) para, cuando un disco está en posición de grabación (107)
y cuando se realiza en la cara de ensayo (105, 208) del disco una
mezcla (405) entre la muestra y una sustancia que hace variar la
fluorescencia, controlar la aparición de señales de fluorescencia
(110, 510) y captarlas para convertirlas en datos digitales
(518).
Description
Sistema integrado, procedimiento y disco de
almacenamiento de datos para análisis químico de muestras y para
detectar y almacenar los resultados analíticos.
Esta invención se refiere a un sistema
integrado, procedimiento y disco de almacenamiento de datos para
analizar al menos una muestra y para detectar y almacenar el
resultado del análisis.
La tecnología de micromatrices
("microarrays") basada en la interacción
receptor-analito, está reemplazando a los ensayos
tradicionales que utilizan geles, filtros y columnas, por chips de
vidrio capaces de almacenar por ejemplo decenas de miles de sondas
(secuencias de ácidos nucleicos) o proteínas, que proporcionan por
ejemplo información sobre los niveles de expresión génica, síntesis
de proteína o polimorfismos de nucleótido único ("single
nucleotide polymorphisms o SNPs").
Las superficies empleadas para micromatrices
deben ser, preferentemente, planas y uniformes, de modo que
permitan el anclaje de un elevado número (e.g., centenares o miles)
de moléculas (por ejemplo sondas o proteínas) espacialmente
dispuestas.
Debido a su transparencia óptica, baja
autofluorescencia, estabilidad térmica, propiedades químicas y
precio, el vidrio ha sido históricamente el material de referencia
empleado como soporte en esta tecnología.
No obstante, el gran interés en el estudio de
nuevos soportes y el gran mercado que existe en esta área de
trabajo, han conducido a la búsqueda de nuevos materiales
alternativos. De todos ellos, los materiales poliméricos sintéticos
presentan propiedades químicas y mecánicas muy atractivas, buen
precio, alta flexibilidad y biocompatibilidad, y buenas propiedades
ópticas, así como una fácil fabricación. Además, pueden utilizarse
como soportes activos ya que pueden incorporar el tratamiento de la
muestra y la detección de los resultados. Por todo ello, los
materiales poliméricos se han convertido en una alternativa al
vidrio para el desarrollo de ensayos basados en micromatrices.
Los discos compactos de audio/vídeo (CDs)
constituyen una prometedora plataforma para la construcción de este
tipo de dispositivos. Un CD estándar se compone de una base de
policarbonato donde se imprime la información, recubierta de una
capa metálica de aluminio, níquel, oro o plata, o bien de una capa
de un colorante fotoreactivo, protegida por una capa de un polímero
acrílico como por ejemplo: polimetacrilato de metilo.
Entre las ventajas que presentan los CDs como
soportes para micromatrices destacan la gran superficie disponible,
una baja fluorescencia de fondo, la fabricación con materiales de
alta calidad óptica y mecánica, su bajo precio y fácil
manipulación. Asimismo, dichos soportes permiten la organización
espacial cuadrática, circular o espiral de las sondas y proteínas
impresas, ofreciendo información numérica para identificar cada
punto, existiendo la posibilidad de utilizar una de las caras del
CD para la realización de los ensayos bioquímicos y su detección, y
la contraria para grabar la información, leyendo en todos los casos
los resultados mediante lectores de CDs modificados (ver el
documento US 6.395.562).
Un grupo de investigadores, encabezado por J.
Remacle, ha venido efectuando desarrollos para micromatrices sobre
discos compactos para ordenadores. Un procedimiento de detección
propuesto por estos investigadores emplea el propio láser del
lector de CDs para efectuar el barrido de la superficie, a una sola
longitud de onda.
La solicitud de patente europea EP 1 324 042 A2,
siendo uno de sus inventores José Remacle, divulga un método para
detectar y/o cuantificar una determinada molécula al juntarla con
una molécula de captura fijada en la superficie del disco. Este
método se adapta para la utilización de un disco CD estándar y se
pueden efectuar etapas de lectura o de grabación en un lado del
disco y de lectura biológica y/o de detección en la otra cara del
disco. Se puede medir en el método propuesto señales de
fluorescencia.
Este método sin embargo utiliza costosos y
complicados medios de detección de las señales de detección y/o de
cuantificación que provienen de la unión de una molécula presente
en una muestra con una molécula de captura en la cara del
disco.
Es pues objetivo de la presente invención el
resolver el problema que consiste en capturar los resultados
analíticos realizados en una cara de un disco de almacenamiento de
datos y obtener su transposición en datos digitales para su
posterior procesamiento y/o grabado en la otra cara del disco, de
forma económica y sencilla.
Según esta invención, esto se consigue con un
sistema integrado para análisis de muestras y para detectar y
almacenar los resultados obtenidos, que comprende:
a. un grabador de discos de almacenamiento de
datos para grabar una cara de grabación de un disco de
almacenamiento que esté en posición de grabación
b. una fuente de excitación para irradiar la
cara opuesta, llamada cara de ensayo, de un disco en posición de
ser grabado por el grabador,
caracterizado porque comprende una cámara para,
cuando un disco está en posición de grabación y se mezcla en la
cara de ensayo del disco una muestra y una sustancia que hace
variar la fluorescencia de la mezcla en función de la composición
de la muestra, controlar la aparición de señales de fluorescencia
emitidas por la mezcla y, en su caso, captarlas para convertirlas en
datos digitales.
Gracias a esta cámara, en un mismo dispositivo,
preferentemente estático en relación al disco, se detectan las
señales de fluorescencia, se las capta si existen y se transforman
en datos digitales.
Esta cámara es preferiblemente una cámara CCD
("Charge Coupled Device" o dispositivo de carga acoplada), que
incluyen componentes electrónicos CCD. La cámara CCD a parte de
proporcionar ventajas implícitas tales como por ejemplo la
adquisición simultanea de toda la superficie de análisis, una
velocidad de medida importante, una sensibilidad elevada y/o un
coste moderado, proporciona una versatilidad suficiente para
implementar los diferentes métodos de medida desarrollados, ya sean
por ejemplo estáticos, con moviendo giratorio y/o con
análisis
espectral.
espectral.
Un disco utilizado puede ser cualquier disco de
un estándar comercial (como por ejemplo un CD ("compact Disc"
o disco compacto) o un DVD ("Digital Versatile Disc" o
"Digital Video Disc")) o no, que se pueda grabar en una
grabadora que preferiblemente utilice un cabezal láser para
grabar.
Gracias a esta invención, se combina dos
ventajas de los discos de almacenamiento de datos: además de ser
soportes sobre los que se efectúan ensayos químicos, pueden
utilizarse para grabar y leer información.
Gracias a esta invención, puede preferiblemente
integrarse un lector/grabador de CD/DVD con el sistema de detección
basado en cámara CCD capaz de monitorizar el desarrollo de ensayos
químicos y almacenar los resultados analíticos utilizando discos
compactos estándar grabables.
Se obtiene pues un sistema integrado
relativamente sencillo y de coste menor a los sistemas utilizados
en los antecedentes de la invención.
Según una realización, la sustancia contiene al
menos un fluoróforo.
En una realización, el sistema integrado
comprende una unidad de control de la fuente de excitación para
hacer variar la periodicidad de la intensidad de la radiación
emitida por la fuente de excitación, de acuerdo con las
características fotoquímicas de la sustancia.
Gracias a esta realización, se pueden utilizar
fuentes de excitación pulsadas para el análisis del tiempo de vida
de la fluorescencia. Preferentemente, además, se utilizan dichas
fuentes de excitación pulsadas para la mejora de la relación señal
a ruido de las medidas de potencia de emisión.
Preferiblemente, se mejora la excitación de la
fluorescencia mediante la sincronización de la fuente de excitación
con el tiempo de vida de emisión del compuesto óptimamente activo,
por ejemplo un fluoróforo, incluido en la sustancia, para tiempos
de exposición relativamente largos, de forma que se reduce la señal
de fondo obtenida en la captura.
Por ejemplo, la fuente de excitación es
conmutada de encendido a apagado y el tiempo a nivel bajo es
aproximadamente igual al tiempo de vida del fluoróforo
utilizado.
De esta forma se reduce el efecto de saturación
luminosa y se reduce el ruido de fondo.
Según una realización, la frecuencia de captura
de la cámara es calculada según un número predeterminado de mezclas
redundantes que se pueden disponer angularmente en la cara de
ensayo del disco para obtener un valor medio de las señales de
fluorescencia emitidas por cada mezcla redundante.
Gracias a esta realización, la medida realizada
interpreta el conjunto de mezclas como una sola dando como
resultado el valor medio de las mismas: por tanto la probabilidad
de falso positivo se reduce de manera inversamente proporcional al
número de muestras redundantes.
En una realización, la fuente de excitación es
al menos una matriz de diodos emisores de luz.
Según una realización, comprendiendo el grabador
un láser para grabar y siendo el disco al menos parcialmente
transparente a la radiación del láser, la fuente de excitación es
al menos el láser del grabador.
En una realización, la frecuencia de captura de
la cámara se sincroniza con la velocidad de giro del disco en el
grabador.
Según una realización, el sistema integrado
comprende un dispositivo de difracción entre la cara de ensayo de
un disco cuando este último esta en posición de grabación y la
cámara, para separar las diferentes longitudes de onda de la posible
señal de fluorescencia emitida desde la cara de ensayo a la
cámara.
Gracias a esta realización, se pueden obtener
los componentes espectrales de la fluorescencia producida por
diferentes muestras de forma simultánea, aprovechando la estructura
bi-dimensional de las matrices CCD.
En una realización, comprendiendo la cámara al
menos un captor óptico para detectar señales de fluorescencia, el
sistema integrado comprende una caja opaca a la radiación luminosa
que aísla de las radiaciones luminosas exteriores el espacio
comprendido entre la cara de ensayo de un disco cuando este último
esta en posición de grabación y el captor óptico.
Esta realización, que comprende una caja opaca
también llamada caja negra, que aísla de la radiación exterior,
permite el funcionamiento óptimo y reproducible del sistema
integrado.
Según una realización, la cámara que trasforma
estas señales fluorescentes en unos datos digitales tiene una
capacidad de detectar señales fluorescentes con longitudes de onda
de emisión comprendidas entre 380 nm y 850 nm.
En una realización, el sistema integrado
comprende un cabezal de impresión de sondas para depositar
microgotas en la cara de ensayo del disco.
Gracias a esta realización, se pueden depositar
muestras de forma precisa en la cara de ensayo del disco.
Según otro aspecto de la invención, esta
invención concierne a un procedimiento para analizar al menos una
muestra y para detectar y almacenar al menos un resultado del
análisis, que comprende las siguientes etapas:
a. colocar un disco de almacenamiento de datos
en un grabador de datos en discos, de manera que el grabador pueda
grabar en una cara de grabación del disco,
b. depositar al menos una muestra que se quiere
analizar en la otra cara del disco, llamada cara de ensayo, que
contiene al menos una sustancia susceptible de reaccionar con la
muestra en función de su composición,
c. irradiar con una fuente de excitación la cara
de ensayo,
d. con el grabador, grabar en la cara de
grabación del disco datos ligados al análisis de la muestra.
Caracterizado porque una cámara capta la emisión
de señales de fluorescencia provenientes de la cara de ensayo y
trasforma estas señales en unos datos digitales a partir de los
cuales se obtienen, por lo menos en parte, los datos ligados al
análisis de la muestra que el grabador graba en la cara de grabación
del disco.
En una realización de la invención, se adapta la
intensidad de la fuente de excitación a las características
fotoquímicas de la sustancia.
Según una realización de la invención, los
diferentes puntos que forman el ensayo previsto se distribuyen
linealmente sobre una dirección radial del disco, y se depositan
muestras iguales de forma redundante en diferentes posiciones
angulares equidistantes, de manera que, a una distancia radial dada,
se obtienen un número de repeticiones angularmente distribuidas de
un mismo resultado y se multiplica la frecuencia de captura de la
cámara por el número de muestras reiteradas.
En una realización, se utiliza una realización
de un sistema integrado conforme a la invención para, cuando un
disco de almacenamiento de datos está en la posición de grabación,
analizar al menos una muestra en la cara de ensayo del disco,
detectar al menos un resultado de dicho análisis controlando gracias
a la cámara la existencia de señales fluorescentes provenientes de
la cara de ensayo y, proporcionando dicha cámara datos digitales
según el resultado, almacenar al menos dichos datos digitales o el
resultado de un procesamiento de dichos datos en la cara de
grabación del disco, grabando está última.
Según otro aspecto de la invención, esta
invención concierne a un disco de almacenamiento de datos,
caracterizado porque esta especialmente concebido para cooperar con
una cualquiera de las realizaciones de un sistema integrado
conforme a la invención, de manera que se pueda poner en práctica
una cualquiera de las realizaciones de un procedimiento conforme a
la invención.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo de
realización preferente y práctica del mismo, se acompaña, como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1a.- Muestra una representación
esquemática de una realización de un sistema integrado conforme a
la invención.
La figura 2.- Muestra una representación
esquemática de un sistema de impresión de sondas en una realización
de la invención.
La figura 3.- Muestra un diagrama esquemático de
curvas de intensidad de señales de excitación y de emisión en una
realización de la invención.
La figura 4.- Muestra una representación
esquemática de una realización de la invención.
La figura 5.- Muestra una representación
esquemática de una realización de la invención.
En esta descripción y en las reivindicaciones se
considera que:
- -
- un disco es todo soporte de datos digitales que se lee por medio de un cabezal láser cuando el disco rota sobre su eje. Los discos comprenden entre otros los discos realizados con las normas CD, mini-CD o DVD; pueden ser discos compactos comerciales o no, como, por ejemplo, discos compactos parcialmente transparentes al láser de un lector/grabador de discos CDs (longitud de onda \lambda = 780 nm) que permite al lector leer o grabar el disco, así como el procesado de la información almacenada y también el almacenamiento (grabación digital de datos) del resultado analítico obtenido por el dispositivo CCD
- -
- una cámara CCD es un dispositivo de captación de por lo menos una característica óptica (por ejemplo la fluorescencia) que contiene un componente CCD ("Charge Coupled Device" o dispositivo de carga acoplada) para transformar lo captado en datos digitales.
En la figura 1, se puede observar una
representación esquemática de un sistema integrado 100 conforme a
una realización de la invención.
El sistema integrado 100 se compone de un módulo
lector/grabador de CD/DVD 102 sobre el cual se dispone una cámara
CCD 104, llamada también detector CCD, bidimensional (NxM celdas),
con los elementos auxiliares necesarios para la captura de señales
de fluorescencia 110 producidas en una cara de ensayo 105 de un
disco CD 106 compacto a consecuencia de ensayos químicos realizados
sobre esa cara de ensayo 105 y de su excitación por una fuente de
radiación o de excitación.
Dicha fuente de excitación debe proporcionar una
intensidad de radiación en el margen de longitudes de onda
adecuadas para la excitación del fluoróforo utilizado. A este
respecto, es factible la utilización de diodos emisores de luz
(LED), luz coherente Láser, o cualquier otra fuente óptica que pueda
funcionar en el margen espectral exigido.
Dicha fuente de excitación, en esta realización,
comprende dos matrices de LEDs 108, buscando la máxima simplicidad
del diseño y bajo coste.
El disco 106 está en posición para ser grabado
por el grabador 102 en su cara de grabación 107.
El sistema integrado 100 es un sistema compacto
de análisis, almacenamiento y conservación de muestras y
resultados, todo ello realizado sobre un mismo soporte (el disco CD
106). Además, este sistema integrado 100 puede también almacenar en
el disco CD 106 la información administrativa relacionada con los
resultados obtenidos en la analítica.
El modo de operar del sistema integrado 100
comprende la etapa de explorar muestras depositadas sobre la cara
de ensayo 105 del disco CD 106.
En alguna realización, el disco de
almacenamiento de datos utilizado podría ser, en vez de un disco CD
compacto, un DVD, un disco magneto-óptico o cualquier soporte
similar disponible.
En alguna realización, la cara de ensayo del
disco de almacenamiento de datos es tratada químicamente por
diversas vías, de modo que o bien queda adaptada para el anclaje
covalente de secuencias de, por ejemplo, ácidos nucleicos o
proteínas, o bien se deposita directamente un polímero diferente
(por ejemplo poliestireno, nylon o acetato de celulosa) sobre el
que a su vez se fija, por ejemplo, avidina, proteína A, ovoalbunima
biotinilada, lectinas u otras sustancias con características
similares.
En la realización representada esquemáticamente
en la figura 1, la fluorescencia es activada de manera precisa por
la conmutación temporal de la excitación, de acuerdo con las
características fotoquímicas del fluoróforo utilizado, lo cual
permite una mejora de la sensibilidad del análisis. Esta
conmutación temporal se realiza mediante una unidad de control 118
que hace variar la intensidad de la radiación producida por las
matrices de LEDs 108.
La información del análisis es extraída y
almacenada en el propio soporte (disco compacto 106), de manera
compatible con los formatos utilizados por programas informáticos
(software) comerciales, desarrollados para el tratamiento de datos
obtenidos en ensayos basados en técnicas de micromatrices
(microarraying).
En la figura 1, se puede observar que la zona
central del sistema integrado 100 está aislada de la iluminación
parásita exterior por medio de una caja negra 116.
El sistema integrado 100 comprende una red de
difracción 112 ("grating") y el conjunto de lentes de enfoque
y colimadores que permiten implementar el esquema estándar de un
espectrómetro utilizando como detector el CCD de la cámara. La
estructura esta diseñada para separar simultáneamente los
componentes espectrales 110 de, por ejemplo, 8 muestras que han sido
depositadas sobre la superficie del CD siguiendo un patrón lineal a
lo largo del radio del mismo. De forma que el eje vertical de la
imagen obtenida en el CCD se divide entre las 8 muestras, y en eje
horizontal se representan los componentes espectrales de cada una
de ellas.
El sistema desarrollado puede poner en práctica
un procedimiento según una realización de la invención para, por
ejemplo, desarrollar el proceso completo de lectura de resultados de
ensayos con muestras provenientes de estudios proteómicos,
genómicos o cualquier otro basado en la disposición espacial
controlada de receptores químicos específicos.
Una realización de un procedimiento conforme a
la invención que utilice el sistema integrado 100 comprende las
siguientes etapas:
- Etapa A: La deposición (siguiendo patrones de
micromatrices o cualquier otra distribución que pueda resultar
interesante) de una serie de muestras sobre una superficie
polimérica (en adelante soporte), generalmente policarbonato (PC),
polimetacrilato de metilo (PMMA), poliestireno (PS) u oro, en esta
realización, la cara 105 de ensayo
- Etapa B: la detección de los resultados de los
ensayos químicos desarrollados en la superficie del soporte,
obtenidos mediante métodos ópticos y
- Etapa C: el procesado y almacenamiento de
resultados junto, con la información administrativa en formato
digital sobre el mismo sustrato de análisis, en su cara opuesta de
grabación 107.
La figura 2 muestra un sistema de impresión de
sondas en una cara de ensayo 208 de un disco de almacenamiento de
datos 206 en una realización de la invención y, más precisamente,
un cabezal de impresión de sondas 200, parte del sistema 100 de la
figura 1, que interviene, en esta realización, en la etapa A del
procedimiento según esta realización de la invención. La
distribución de las sondas sobre la superficie de análisis se
realiza depositando micro-gotas 202 (diámetro de
entre 20 y 500 \mum), siguiendo patrones regulares predefinidos,
normalmente matrices 204. Para ello, preferentemente, se utiliza un
cabezal de impresión piezoeléctrico que facilita y optimiza el
proceso gracias a la gran versatilidad para variar el tamaño y la
distribución de las matrices utilizadas.
No obstante, la deposición de sondas se puede
efectuar mediante otros sistemas de
micro-impresión, manuales o automáticos. Junto con
estos patrones, se marca la superficie con estructuras de referencia
a fin de localizar unívocamente las distintas sondas depositadas.
El proceso permite el análisis de un gran número de muestras en un
espacio muy reducido.
En la etapa B del procedimiento según esta
realización de la invención, la extensión de la reacción entre las
sondas inmovilizadas y las especies a identificar es evaluada
cuantificando la fluorescencia de los marcadores presentes sobre la
superficie de reacción una vez finalizado el ensayo. Los marcadores
utilizados pueden ser los utilizados normalmente en este tipo de
ensayos (por ejemplo Cy5 o fluoresceína) pero la versatilidad de el
sistema integrado 100 (ver figura 1) permite ajustarlo para la
utilización de otros compuestos luminiscentes que se activan en el
Ultra-violeta o Violeta como, por ejemplo,
nanopartículas de óxidos y otros compuestos de tierras raras.
Esta cuantificación de la fluorescencia de los
marcadores presentes sobre la superficie de reacción una vez
finalizado el ensayo se realiza mediante una cámara CDD, es decir
un mecanismo detector basado en matrices CCD de alta sensibilidad
que mide la intensidad de radiación por unidad de superficie
(W/cm29.
Las señales de fluorescencia son producidas, en
una realización, por un marcador fluorescente, cuando el fluoróforo
es excitado con una radiación incidente cuya potencia media es
constante y uniforme a lo largo de la superficie analizada.
En esta realización, como método de reducción
del ruido de fondo y por tanto mejora de la relación señal a ruido
(S/N) de las muestras, en lugar de mantener una iluminación
continua de la muestra durante el periodo de adquisición de señales
de la cámara CCD, la fuente de iluminación (en este caso LEDs) es
conmutada de encendido a apagado modulando la corriente de
alimentación de los mismos con una señal cuadrada con un ciclo de
trabajo variable entre el 50-100% cuyo tiempo a
nivel bajo es aproximadamente igual al tiempo de vida del
fluoróforo utilizado.
De esta forma, también se reduce el efecto de
fotodegradación ("photobleaching") que se produce para tiempos
de exposición largos, disminuyendo la degradación de las muestras.
De esta manera, se conjuga las ventajas de una fuente de
iluminación continua estándar con los beneficios de un láser
pulsado.
Este efecto se muestra en la figura 3, que es un
diagrama 300 en el cual se representa conjuntamente la intensidad
302 de una señal de conmutación de la fuente de excitación
(representativa de lo que es la señal de excitación
correspondiente) y la intensidad 304 de la señal de emisión de
fluorescencia. En este diagrama 300, se relaciona la intensidad
luminosa (en ordenadas 306) con el tiempo (en abcisas 308). Se
puede observar como estas dos señales 302 y 304 se sincronizan para
reducir la saturación luminosa y mejorar la relación señal a ruido,
abreviado como S/N.
En otro tipo de realizaciones (ver figura 4), se
utiliza como fuente de excitación el propio cabezal láser 400 de un
lector/grabador de discos CD y/o DVD, comprendido en un sistema
integrado conforme a una realización de la invención.
En la realización representada en la figura 4,
se utiliza un disco soporte CD - R (es decir, grabable) 402
especial, conforme a una realización de un disco de almacenamiento
de datos conforme a la invención, con una capa reflectante más fina
que la de los discos CD estándares, de forma que gran parte de la
potencia del láser 401 se trasmite a través del mismo (por sus
características esto no impide que el lector siga reconociéndolo y
manejándolo como un CD-R).
Esta figura 4 es un ejemplo de utilización del
láser 401 como fuente de excitación, en el cual además se introduce
una red de difracción 406 para resolver en tiempo real las
componentes espectrales de la muestra.
Esta potencia óptica que alcanza la otra cara
del CD y por ejemplo una distribución radial 404 de muestras 405,
puede utilizarse para excitar un fluoróforo que se excita y emite
en el infrarrojo cercano, como por ejemplo el colorante denominado
IRD-800 y medir la emisión producida gracias a una
cámara CCD 408. También pueden medirse las variaciones que se
producen en la potencia recibida planteando ensayos de absorción.
En el caso de utilizar el láser para excitar la fluorescencia del
marcador, la captura de la cámara 408 se sincroniza preferentemente
con la velocidad de giro 403 del CD: como el disco soporte
CD-R 402 tiene una velocidad de giro 403, se puede
utilizar una cámara 408 sincronizada con el giro del disco soporte
CD-R 402.
En una realización, para aumentar la fiabilidad
del resultado, cada muestra 405 se deposita de forma redundante en
diferentes posiciones angulares equidistantes dentro de una misma
distancia radial y se multiplica la frecuencia de captura de la
cámara 408 por el número de muestras 405 reiteradas. De esta forma,
la medida realizada interpreta estas muestras 405 como una sola
dando como resultado el valor medio de las mismas: por lo tanto la
probabilidad de falso positivo se reduce de manera inversamente
proporcional al número de muestras redundantes.
Para aumentar la capacidad de análisis del
sistema, se sitúa la red de difracción 406 en el camino de la luz
emitida/reflejada en la superficie del CD, consiguiendo que las
diferentes longitudes de onda se separen en la dirección horizontal
del CCD (siendo la dirección vertical equivalente a la radial del
disco CD 402, ver Figura 4).
De esta forma, en el eje x de la imagen se
obtiene una representación en el espectro para cada punto del eje y
(ver Figura 4), esto permite analizar simultáneamente una muestra
marcada con diferentes fluoróforos.
Preferentemente, se elige un conjunto de
fluoróforos que se exciten a una longitud de onda muy próxima y que
emitan en diferentes zonas del espectro, como es el caso de los
puntos cuánticos o "quantum dots" 800, gracias a que
poseen un ancho espectro de excitación que nos permite excitar
varios simultáneamente con una fuente de luz relativamente estrecha
en ancho de banda que fácilmente podremos filtrar en recepción.
También, en una realización, se puede obtener la
respuesta espectral en reflexión de las muestras analizadas. En
este caso, se utiliza una luz blanca como fuente de
iluminación.
Cabe destacar que el esquema de detección
propuesto permite ajustar el sistema para trabajar con cualquier
fluoróforo cuya longitud de onda de emisión quede dentro del margen
de funcionamiento especificado para el detector CCD
(aproximadamente desde 380 a 850 nm). Esto representa una gran
ventaja frente a los antecedentes de la invención que, en el mejor
de los casos, permiten trabajar con cuatro fluoróforos
definidos.
La figura 5 muestra una realización de la
invención. Un disco CD 500 gira con una velocidad de rotación 502.
Encima de dicho disco CD 500 hay una o varias matrices de sondas
504 que reciben radiación luminosa 516 de una matriz de LEDs 508.
La fluorescencia resultante 510 pasa a través de una red de
difracción 406 para ser captada por una cámara CCD de detección
óptica 514 que produce una imagen 516. Tras la detección del nivel
de reacción, y en su caso el análisis de las componentes
espectrales de la señal recibida, la información 518 resultante
(volcado desde la cámara CCD de cuentas/fotones por píxel, de las
condiciones de excitación, ensayos químicos, información
administrativa, etc.) es almacenada en el mismo soporte en 520.
Este almacenamiento se produce por grabación mediante un grabador
de datos digitales en discos compactos y especialmente gracias a su
cabezal 522 que emite una radiación láser 524.
La captura de las imágenes puede realizarse a
diferentes escalas/resoluciones en función de la densidad espacial
de las sondas, pudiendo leer áreas desde 25mm de lado hasta la
superficie completa de un disco de dimensiones estándar
(\diameter = 120 mm).
En esta realización, el resultado es almacenado
junto al protocolo de análisis y la información administrativa que
se estime necesaria (por ejemplo y sin que la lista sea limitativa:
fecha, hora, procedencia de las muestras, fluoróforo utilizado, y/o
potencia de excitación).
Ventajosamente, el almacenamiento se realiza en
formato digital sobre el mismo soporte en el que se han efectuado
los ensayos químicos. Este modo de manejar la información permite
su almacenamiento de forma segura y económica, evitando cruces de
datos y facilitando posteriores comprobaciones.
Claims (16)
1. Sistema integrado (100) para análisis de
muestras y para detectar y almacenar los resultados obtenidos, que
comprende:
a. un grabador (102) de discos de almacenamiento
de datos para grabar una cara de grabación (107) de un disco de
almacenamiento (106, 206, 402, 500) cuando está en posición de
grabación,
b. una fuente de excitación (108, 401, 508) para
irradiar la cara opuesta, llamada cara de ensayo (105, 208), de un
disco en posición de ser grabado por el grabador,
caracterizado porque comprende una cámara
(104, 408, 514) para, cuando un disco está en posición de grabación
(107) y cuando se mezcla (405) en la cara de ensayo (105, 208) del
disco una muestra que se quiere analizar y una sustancia que hace
variar la fluorescencia de la mezcla en función de la composición
de la muestra, controlar la aparición de señales de fluorescencia
(110, 510) emitidas por la mezcla y, en su caso, captarlas para
convertirlas en datos digitales (518).
2. Sistema integrado según la reivindicación 1,
caracterizado porque la sustancia contiene al menos un
fluoróforo.
3. Sistema integrado según la reivindicación 1 o
2, caracterizado porque comprende una unidad de control
(118) de la fuente de excitación (108, 401, 508) para hacer variar
la periodicidad de la intensidad (302) de la fuente de excitación
de acuerdo con las características fotoquímicas (304) de la
sustancia.
4. Sistema integrado según la reivindicación 1,
2 o 3, caracterizado porque la frecuencia de captura de la
cámara (104, 408, 514) es calculada según un número predeterminado
de mezclas redundantes que se pueden disponer angularmente en la
cara de ensayo (105, 208) del disco para obtener un valor medio de
las señales de fluorescencia (110, 510) emitidas por cada mezcla
(405) redundante.
5. Sistema integrado según la reivindicación 1,
2, 3 o 4, caracterizado porque la fuente de excitación (108,
508) es al menos una matriz de diodos (108, 508) emisores de
luz.
6. Sistema integrado según la reivindicación 1,
2, 3, 4 o 5, caracterizado porque, comprendiendo el grabador
un láser (401) para grabar y siendo el disco (402) al menos
parcialmente transparente a la radiación del láser (401), la fuente
de excitación (401) es al menos el láser del grabador (401).
7. Sistema integrado según la reivindicación 1,
2, 3, 4, 5 o 6, caracterizado porque la frecuencia de
captura de la cámara se sincroniza con la velocidad de giro del
disco en el grabador.
8. Sistema integrado según la reivindicación 1,
2, 3, 4, 5, 6 o 7, caracterizado porque comprende un
dispositivo de difracción (112, 406) entre la cara de ensayo (105,
208) de un disco (106, 402, 500) cuando este último esta en
posición de grabación y la cámara (104, 408, 514), para separar las
diferentes longitudes de onda de la posible señal de fluorescencia
(110, 510) emitida desde la cara de ensayo a la cámara.
9. Sistema integrado según la reivindicación 1,
2, 3, 4, 5, 6, 7 ó 8, caracterizado porque, comprendiendo la
cámara al menos un captor óptico para detectar señales de
fluorescencia, comprende una caja opaca (116) a la radiación
luminosa que aísla de las radiaciones luminosas exteriores el
espacio comprendido entre la cara de ensayo (105) de un disco (106)
cuando este último esta en posición de grabación en el sistema
integrado (100) y el captor óptico.
10. Sistema integrado según alguna de la
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cámara
que trasforma estas señales fluorescentes en unos datos digitales
(518) tiene una capacidad de detectar señales fluorescentes (110,
510) con longitudes de onda de emisión comprendidas entre 380 nm y
850 nm.
11. Sistema integrado según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
comprende un cabezal de impresión (200) de sondas para depositar
microgotas (202) en la cara de ensayo (208) del disco (206).
12. Procedimiento para analizar al menos una
muestra y para detectar y almacenar al menos un resultado del
análisis, que comprende las siguientes etapas:
- a.
- colocar un disco de almacenamiento de datos (106, 206, 402, 500) en un grabador (102) de datos en discos, de manera que el grabador (102) pueda grabar en una cara de grabación (107) del disco,
- b.
- depositar al menos una muestra que se quiere analizar en la otra cara del disco, llamada cara de ensayo (105, 208), que contiene al menos una sustancia susceptible de reaccionar con la muestra en función de su composición,
- c.
- irradiar con una fuente de excitación (108, 401, 508) la cara de ensayo (105, 208),
- d.
- con el grabador(102), grabar en la cara de grabación (107) del disco (106, 206, 402, 500) datos (518) ligados al análisis de la muestra,
caracterizado porque una
cámara (104, 408, 514) capta la emisión de señales de fluorescencia
(110, 510) provenientes de la cara de ensayo (105, 208) y trasforma
estas señales (110, 510) en unos datos digitales a partir de los
cuales se obtienen, por lo menos en parte, los datos (518) ligados
al análisis de la muestra que el grabador (102) graba en la cara de
grabación (107) del disco (106, 206, 402,
500).
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque se adapta la intensidad de la fuente de
excitación (108, 401, 508) a las características fotoquímicas de la
sustancia.
14. Procedimiento según la reivindicación 12 ó
13, caracterizado porque los diferentes puntos que forman el
ensayo previsto se distribuyen linealmente sobre una dirección
radial del disco, y se depositan muestras iguales de forma
redundante en diferentes posiciones angulares equidistantes, de
manera que, a una distancia radial dada, se obtienen un número de
repeticiones angularmente distribuidas de un mismo resultado, y se
multiplica la frecuencia de captura de la cámara (104, 408, 514)
por el número de muestras reiteradas.
15. Procedimiento según la reivindicación 12,
13 ó 14, caracterizado porque se utiliza un sistema
integrado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 para,
cuando un disco de almacenamiento de datos está en la posición de
grabación, analizar al menos una muestra en la cara de ensayo del
disco, detectar al menos un resultado de dicho análisis controlando
gracias a la cámara la existencia de señales fluorescentes
provenientes de la cara de ensayo y, proporcionando dicha cámara
datos digitales según el resultado, almacenar al menos dichos datos
digitales o el resultado de un procesamiento de dichos datos en la
cara de grabación del disco, grabando esta última.
16. Disco de almacenamiento de datos (106, 206,
402, 500), caracterizado porque esta especialmente concebido
para cooperar con un sistema integrado según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 de manera que se pueda poner en práctica un
procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a
15.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200603210A ES2304093A1 (es) | 2006-12-11 | 2006-12-11 | Sistema integrado, procedimiento y disco de almacenamiento de datos para analisis quimico de muestras y para detectar y almacenar los resultados analiticos. |
| PCT/ES2007/000717 WO2008071816A2 (es) | 2006-12-11 | 2007-12-11 | Sistema integrado, procedimiento y disco de almacenamiento de datos para analisis quimicos de muestras y para detectar a almacenar los resultados analiticos |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200603210A ES2304093A1 (es) | 2006-12-11 | 2006-12-11 | Sistema integrado, procedimiento y disco de almacenamiento de datos para analisis quimico de muestras y para detectar y almacenar los resultados analiticos. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2304093A1 true ES2304093A1 (es) | 2008-09-01 |
Family
ID=39512135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200603210A Pending ES2304093A1 (es) | 2006-12-11 | 2006-12-11 | Sistema integrado, procedimiento y disco de almacenamiento de datos para analisis quimico de muestras y para detectar y almacenar los resultados analiticos. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2304093A1 (es) |
| WO (1) | WO2008071816A2 (es) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002042498A2 (en) * | 2000-11-27 | 2002-05-30 | Burstein Technologies, Inc. | Dual bead assays including optical biodiscs and methods relating thereto |
| US20020135754A1 (en) * | 1994-09-21 | 2002-09-26 | The University Court Of The University Of Glasgow | Apparatus and method for carrying out analysis of samples using radiation detector split beam radiation inspection |
-
2006
- 2006-12-11 ES ES200603210A patent/ES2304093A1/es active Pending
-
2007
- 2007-12-11 WO PCT/ES2007/000717 patent/WO2008071816A2/es active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020135754A1 (en) * | 1994-09-21 | 2002-09-26 | The University Court Of The University Of Glasgow | Apparatus and method for carrying out analysis of samples using radiation detector split beam radiation inspection |
| WO2002042498A2 (en) * | 2000-11-27 | 2002-05-30 | Burstein Technologies, Inc. | Dual bead assays including optical biodiscs and methods relating thereto |
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| Title |
|---|
| GRUMANN, M. et al. "Parallelization of chip-based fluorescence immuno-assays with quantum-dot labeled beads" En : The 13th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, IEEE 2005. Digest of Technical Papers. TRANSDUCERS 2005. Volumen 2, páginas 1114-1117. * |
| MIRA, D. et al. "High-throughput screening of surface-enhanced fluorescence on industrial standard digital recording media" En: Proceedings of SPIE -- Volumen 5617. Optically Based Biological and Chemical Sensing for Defence, Editado por: John C. Carrano y Arturas Zukauskas, Diciembre 2004, páginas 364-373. * |
| MIRA, D. et al. "High-throughput screening of surface-enhanced fluorescence on industrial standard digital recording media" En: Proceedings of SPIE -- Volumen 5617. Optically Based Biological and Chemical Sensing for Defence, Editado por: John C. Carrano y Arturas Zukauskas, Diciembre 2004, páginas 364-373. \\ Y 13 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008071816A2 (es) | 2008-06-19 |
| WO2008071816A3 (es) | 2008-07-31 |
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