ES2526075T3 - Disposición de medición para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química - Google Patents

Disposición de medición para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química Download PDF

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Abstract

Disposición de medición (1) para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química, que comprende un soporte de muestra (2) con un estrato de soporte (3) y un estrato de muestra (4), un sensor fotosensible (5) con una multitud de fotodetectores (6) sobre un cuerpo sustentador y con una capa de cubierta (7) transparente dispuesta sobre los fotodetectores (6), presentando el estrato de soporte (3) una sección de emisión (22), una unidad microfluídica (10) y un depósito colector (24), estando unida la sección de emisión (22) a través de la unidad microfluídica (10) con el depósito colector (24) y comprendiendo la unidad microfluídica (10) un canal (23) y presentando el estrato de muestra (4) un lado de análisis (8) y, frente al mismo, un lado de salida de luz (14), estando dispuestas en el lado de análisis (8) separadas unas de otras en una dirección longitudinal del estrato de muestra (2) múltiples secciones de ensayo (9) y estando dispuesto el estrato de muestra (4) con el lado de análisis (8) de tal manera sobre el estrato de soporte (3) que las secciones de ensayo (9) están dirigidas hacia un volumen de la unidad microfluídica (10) y estando dispuesto el soporte de muestra (2), de forma que se puede soltar, en un dispositivo de alojamiento (20), de tal manera que el lado de salida de luz (14) está dirigido hacia el sensor fotosensible (5) y las secciones de ensayo (9) están dispuestas sobre los fotodetectores (6), siendo la separación (11) entre las secciones de ensayo (9) y los fotodetectores (6) menor de 700 μm e incidiendo al menos el 99,5 % de la radiación electromagnética que parte de una sección de ensayo (9) y que incide sobre el sensor fotosensible (5) sobre como máximo tres fotodetectores (6).

Description

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DESCRIPCIÓN
Disposición de medición para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química
La invención se refiere a una disposición de medición para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química.
En el caso de una reacción química se puede producir, como resultado de la reacción, un cambio de color o una modificación de la transmisión, además es posible que, a causa de la reacción química, se produzca una emisión de radiación electromagnética. En el procedimiento de medición que se aplica aquí, una muestra que debe analizarse, que está presente la mayoría de las veces en forma líquida, dentro de una unidad microfluídica se mueve pasando al lado de al menos una sección de ensayo, produciéndose, en caso de presencia de un analito en la muestra y un reactivo respectivamente correspondiente en la sección de ensayo, una reacción química que se manifiesta en un cambio de la transmitancia de la sección de ensayo o en la emisión de radiación electromagnética de la sección de ensayo.
Para la evaluación del resultado de la reacción que está directamente relacionado con la presencia cuantitativa del analito en la muestra, es sabido cómo registrar la sección ensayo con un sensor fotosensible y evaluar el comportamiento en el tiempo de la señal óptica registrada. Ya que los efectos ópticos que deben evaluarse con frecuencia resultan solo muy reducidos, es de particular importancia que el detector óptico presente una elevada sensibilidad para conseguir, de este modo, la mayor relación de señal a ruido (SNR) posible, lo que da como resultado, a su vez, directamente un umbral de registro (LOD) lo más reducido posible. En dispositivos de evaluación conocidos, delante de la sección de ensayo se dispone un conjunto de fotodiodos, registrándose una sección de ensayo por varios fotodetectores, por ejemplo, de 5 a 7 fotodetectores. Sin embargo, esto tiene la desventaja de que se reduce la radiación electromagnética correspondiente a cada fotodetector individual y, por tanto, la señal incidente o registrada con frecuencia solo es ligeramente mayor que el ruido propio inevitable del fotodetector, por lo que, por tanto, se produce una SNR muy pequeña. Para conseguir una resolución lo más elevada posible con un umbral de detección al mismo tiempo muy reducido, en cualquier caso es desventajoso que la señal de una sección de ensayo se reparta en varios fotodetectores. Además, también es desventajoso que la reacción óptica, una modificación de la transmitancia o una luminiscencia, a causa de efectos de dispersión incida en fotodetectores adyacentes, es decir, no en los asignados originalmente a la sección de ensayo relevante.
Por ejemplo, el documento WO 02/08458 A1 desvela un procedimiento para la detección con resolución espacial de radiación electromagnética. Para esto se desvela disponer un sensor de superficie fotoeléctrico formador de imágenes con una separación lo más reducida posible con respecto a la superficie del biochip, de tal manera que la radiación electromagnética que parte de una zona de la superficie del biochip se puede asignar de forma inequívoca a una zona determinada del sensor de superficie. Por ello se consigue que a cada elemento fotoselectivo del sensor de superficie esté asignada una zona definida del biosensor y, por tanto, el correspondiente elemento no se tenga que apantallar contra luz de dispersión de zonas adyacentes del sensor de superficie. Esto, mediante evaluación de la señal de reacción óptica, posibilita una asignación en el espacio inequívoca de la sustancia a un elemento de campo del biochip. Gracias a la proximidad en el espacio directa de generación de señal y detección es posible prescindir de cualquier tipo de óptica de reproducción. En una forma de realización preferente se aplica el biochip directamente sobre la superficie del sensor. En otra realización se dispone entre el sensor de superficie y el biochip un separador y, por ello, se define un espacio de reacción. Para la detección se usan típicamente sensores planos con más de 10.000 píxeles, realizándose gracias al contacto directo o la separación muy reducida entre el sensor de superficie y la superficie del biochip una especie de exposición de contacto. Debido a la disposición directa sobre la superficie del sensor o gracias a la disposición separada para la formación de un espacio de reacción se produce la contaminación del sensor de superficie con material de muestra, de tal manera que el sensor de superficie o todo el sistema de detección en el que está integrado el sensor de superficie se tiene que lavar y secar después de la medición para poder volverse a usar de nuevo. Si entre el sensor de superficie y el biochip está previsto un espacio de reacción, se consigue una capacidad de resolución espacial de 20 µm o mejor. En caso de un contacto directo de sensor de superficie y biochip, la capacidad de resolución se corresponde con el tamaño de píxeles del sensor. La separación entre la superficie del biochip y el sensor de superficie está seleccionada de tal manera que cada elemento de píxel del sensor recibe esencialmente solo luz de zonas directamente opuestas del biochip. Por tanto, la separación entre sensor de superficie y biochip no debería ser sustancialmente mayor que la longitud de cantos de un píxel del sensor de superficie.
Por el documento US 2003/0235924 A1 es conocido un dispositivo espectroscópico en el que están configurados de forma integrada la unidad optoelectrónica y la unidad microfluídica. También este dispositivo trabaja sin un sistema de lentes entre la unidad microfluídica y el sistema de detector. A este respecto, el dispositivo de toma de muestras está configurado de tal manera que la muestra que debe analizarse está dispuesta con una separación de hasta 50 veces la dimensión del píxel. La máxima resolución del sistema de detector se determina por el tamaño del píxel y, por ello, asciende a menos de 10 µm. Por ejemplo, la superficie activa de un píxel puede ser de 3 µm x 3 µm. La unidad microfluídica puede estar dispuesta, por ejemplo, directamente en el sistema de detector, con o sin un estrato intermedio, además, la unidad microfluídica puede estar dispuesta también en proximidad directa.
Por el documento US 2006/0063160 A1 es conocido además un sistema de medición de micromatriz con una unidad microfluídica. También en este caso se realiza el registro de la imagen mediante un conjunto de CCD de muchos
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píxeles.
El documento WO 2007/054710 A2 muestra un dispositivo de medición al trasluz basado en elementos constructivos semiconductores orgánicos. De un oLED se emite luz a un canal, luz que atraviesa el canal y es registrada por un fotodiodo dispuesto frente al oLED.
Por el documento US 2002/123059 A1 además es conocido un sistema de detección que comprende un biochip de un solo uso que comprende una disposición de secciones de ensayo cerradas y una unidad microfluídica.
Partiendo del documento WO 02/08458 A1, el objetivo de la invención consiste en crear una disposición de medición con una unidad fluídica para muestras alternativa.
Este objetivo se resuelve mediante una disposición de medición de acuerdo con la reivindicación 1. La disposición de medición comprende un soporte de muestra y un sensor fotosensible, siendo la separación entre las secciones de ensayo dispuestas sobre un estrato de muestra de soporte de muestra y los fotodetectores menor de 700 µm. El soporte de muestra presenta un estrato de soporte y un estrato de muestra, presentando además el estrato de soporte una sección de emisión que está unida a través de una unidad microfluídica con un depósito colector. El estrato de muestra presenta un lado de análisis y, frente a esto, un lado de salida de luz, estando dispuestas en el lado de análisis en una dirección longitudinal del estrato de muestra separadas entre sí una multitud de secciones de ensayo y estando dispuesto, además, el estrato de muestra con el lado de análisis de tal manera sobre el estrato de soporte que las secciones de ensayo están dirigidas hacia un volumen de la unidad microfluídica. Esta disposición tiene la ventaja de que las secciones de ensayo se ponen en contacto con el material de muestra transportado en la unidad microfluídica, en particular un material de muestra líquido y, por tanto, puede tener lugar la reacción química.
A este respecto se aplica el material de muestra en la sección de emisión, se lleva a través de la unidad microfluídica pasando al lado de las secciones de ensayo a un depósito colector. El depósito colector, en particular, tiene suficiente tamaño para alojar la cantidad total de las muestras o los reactivos necesarios para llevar a cabo la medición, en particular para alojarla de forma segura, de tal manera que esencialmente no es posible un contacto del operario con el material de muestra.
El sensor fotosensible presenta una multitud de fotodetectores sobre un cuerpo sustentador, estando dispuesta sobre los fotodetectores una capa de cubierta transparente. Ahora, la capa de cubierta transparente está configurada de tal manera que está garantizada una protección fiable de los fotodetectores individuales, sin embargo, la capa para conseguir la configuración de acuerdo con la invención es suficientemente delgada y, a pesar de esto, presenta una resistencia suficiente frente a disolventes o detergentes ya que, en particular, el sensor fotosensible se tiene que limpiar cíclicamente para evitar de forma fiable una contaminación de los operarios con restos de muestras. La capa de cubierta puede estar configurada, por ejemplo, como resina epoxi.
Ya que el soporte de muestra se dispone de forma que se puede soltar en un dispositivo de alojamiento del sensor, de tal manera que el lado de salida de luz está dirigido hacia el sensor fotosensible y las secciones de ensayo están dispuestas sobre los fotodetectores, se puede colocar el soporte de muestra, en particular un soporte de muestra de un solo uso, fácilmente en la disposición de medición, llevarse a cabo la medición de la reacción química y, a continuación, extraerse el soporte de muestra de la disposición de medición y desecharse.
Según un perfeccionamiento está previsto que el espesor de la capa de cubierta ascienda a menos de 500 µm. Una reducción del espesor de la capa de cubierta a este valor tiene la ventaja, frente a los sensores fotosensibles conocidos por el estado de la técnica en los que el espesor la mayoría de las veces es mayor de 1000 µm, de que se posibilita una aproximación clara de la sección de ensayo al sensor fotosensible sin alterar la protección mecánica de los fotodetectores individuales o el contactado eléctrico de los fotodetectores.
Además, para resolver el objetivo de acuerdo con la invención es ventajoso que el espesor del estrato de muestra ascienda a menos de 200 µm, ya que, por tanto, se reduce la separación entre la sección de ensayo y el sensor fotosensible, lo que causa directamente más incidencia de luz sobre el fotodetector o una menor anchura de dispersión. El estrato de muestra está formado, por ejemplo, a partir de poliestireno, COC (copolímeros de cicloolefina).
A causa de las investigaciones que han llevado a la disposición de medición de acuerdo con la invención ha resultado ventajoso que el sensor fotosensible presente al menos 32 fotodetectores ya que, por ello, se consigue para soportes de muestra de laboratorio convencionales (1’’/3’’) una SNR óptima y un umbral muy bajo de registro, pudiendo estar formado el sensor fotosensible por una pieza constructiva convencional modificada. El uso de piezas constructivas convencionales tiene la ventaja particular de que se pueden mantener reducidos los costes de la disposición de medición y, por tanto, se puede encontrar una elevada aceptación en los usuarios. Con esta configuración es ventajoso que, además, una sección de ensayo tenga una dimensión en el intervalo de (0,5 -1,5 mm) x (2 -4 mm), prefiriéndose una dimensión de 1 x 2 mm.
Para resolver el objetivo de acuerdo con la invención, además, es ventajoso que la separación entre dos fotodetectores adyacentes sea menor de 150 µm, ya que, por ello, se reduce la parte de la superficie no utilizada del sensor fotosensible. En caso de una medición de transmisión o una medición de emisión debería estar presente, en
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la medida de lo posible, una sección fotosensible continua para no perder para la evaluación luz que no incide sobre una superficie ocupada por el fotodetector. Cuanto menor sea la separación entre los fotodetectores, más cantidad de luz cae sobre los mismos y, por tanto, aumentan también la intensidad registrada y, por tanto, la SNR.
Para resolver el objetivo de la invención es ventajoso que incida la mayor cantidad posible de luz desde la dirección de una sección de ensayo sobre un sensor fotosensible asignado a la respectiva sección de ensayo. A causa de la distribución dada de la intensidad que, la mayoría de las veces, será una distribución de Gauß, de acuerdo con la invención está previsto que al menos el 99,5 % de la radiación electromagnética que incide sobre el sensor fotosensible se reparta entre como máximo tres fotodetectores. De esto modo queda garantizado que la parte principal predominante de la intensidad de la luz incida sobre un único sensor y que incida solo una parte marginal bastante reducida sobre los dos fotodetectores adyacentes.
Para aumentar las mediciones que se pueden llevar a cabo simultáneamente es ventajoso que, de acuerdo con un perfeccionamiento, el sensor fotosensible presente al menos dos series dispuestas con separación una al lado de otra de fotodetectores. Con un soporte de muestra con una unidad microfluídica configurada correspondientemente, por tanto, se puede llevar a cabo al mismo tiempo el doble de la cantidad de mediciones de reacción, lo que conlleva un mayor rendimiento. Se prefiere en particular una configuración a modo de fila o tiras de los fotodetectores, ya que la unidad microfluídica comprende, de acuerdo con la invención, un canal que, ventajosamente, está formado como un canal en la medida de lo posible rectilíneo, estando dispuestas las secciones de ensayo y, por tanto, también los fotodetectores en dirección longitudinal del canal.
De acuerdo con un perfeccionamiento, el canal de la unidad microfluídica dispuesto sobre el fotodetector presenta una longitud de 30 -50 mm, una anchura de 1 -4 mm y una altura de 10-200 µm, lo que, por un lado, tiene la ventaja de que este canal o esta unidad microfluídica se puede producir de forma eficaz en cuanto a costes mediante moldeo por inyección del estrato de soporte. Por otro lado, este canal presenta un volumen muy reducido, de tal manera que también se minimiza el consumo de química de muestras o material de muestra, lo que, a su vez, es ventajoso para la eficacia y la aceptación del procedimiento. Se prefiere una configuración del canal con una longitud de 40 mm, una anchura de 2 mm y una altura de 100 µm.
Además, es ventajoso un perfeccionamiento según el cual con emisión de una muestra en la sección de emisión en el canal se forma un gradiente de presión con una fuerza capilar resultante a partir de esto en dirección del depósito colector, ya que por ello queda garantizado que esté garantizado un paso por sí misma de la muestra a través del canal o la unidad microfluídica, es decir, que en particular no sean necesarios medios para generar una diferencia de presión o un movimiento de flujo. A este respecto se trata, en particular, de una denominada hibridación impulsada por convección en la que en el canal se configuran gradientes de convección que, además del paso de la muestra a través del canal, garantizan también una conducción del material de muestra hacia las secciones de ensayo.
Según un perfeccionamiento, la capa de cubierta del fotodetector en el intervalo del espectro de 400 -660 nm presenta un máximo de transparencia. La capa de cubierta está formada preferentemente por una resina epoxi en la que se ha influido por aditivos, en particular por colorantes conocidos para plásticos, en sus propiedades espectrales en el sentido de que presenta un máximo de transparencia solo en el intervalo del espectro preferente para las mediciones de quimioluminiscencia. Por ello se consigue que la luz que no tiene origen en una reacción quimioluminiscente no atraviese la capa de cubierta o la atraviese solo de forma muy amortiguada y, por tanto, no tenga ninguna influencia, o solo una de alteración muy reducida, sobre el resultado de la medición. Pero en un perfeccionamiento, el máximo de la transparencia se puede llevar mediante aditivos también a otro intervalo de longitud de onda para optimizarse, por ejemplo, de este modo para mediciones de transmisión.
Debido a imprecisiones durante la producción del soporte de muestra, en particular debido a ligera desviación durante la colocación, en particular durante la impresión de las secciones de ensayo, así como por ligeras desviaciones en caso de la disposición del soporte de muestra en el dispositivo de alojamiento, puede ocurrir que una sección de ensayo no esté dispuesta exactamente sobre un fotodetector correspondiente. Si ahora, de acuerdo con un perfeccionamiento, la separación media entre dos secciones de ensayo es mayor o igual a tres veces la separación media de los fotodetectores, esto tiene la ventaja de que, a pesar de una alineación no exacta, no se produce ninguna influencia en el resultado del registro, en particular que esencialmente no se produce un efecto negativo sobre la relación de señal a ruido y, por tanto, no se altera la sensibilidad de la medición. Ya que, además, la luz que parte de la sección de ensayo presenta una distribución de la intensidad esencialmente con forma de Gauß, por tanto incluso con una colocación imprecisa se puede deducir el máximo de intensidad de la luz incidente, por ejemplo, mediante una interpolación teniendo en cuenta la distribución de Gauß, por lo que se incluyen más partes de la señal en la evaluación lo que, a su vez, es ventajoso para la relación de señal a ruido. En particular, en el caso de la configuración de acuerdo con la invención de la disposición de medición y la separación de acuerdo con lo exigido de 3 mm se obtiene una precisión de colocación de +/-0,45 mm, con una separación de 4 mm se obtendría una precisión de colocación de +/-0,9 mm. Por tanto, la disposición de medición de acuerdo con la invención es particularmente adecuada para el uso diario, ya que se pueden eliminar sustancialmente los posibles errores de colocación gracias al perfeccionamiento de acuerdo con el perfeccionamiento.
La solución del objetivo de acuerdo con la invención también se puede conseguir al incidir más luz sobre el sensor fotosensible, de tal manera que de acuerdo con un perfeccionamiento la superficie limitante, dispuesta frente al
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sensor fotosensible, del canal está configurada de forma ópticamente reflectante. Esta reflexión puede conseguirse, por ejemplo, mediante un metalizado por vaporización de la superficie limitante. Sin embargo, también es posible aplicar una estructura de capas, de tal manera que se produzca un salto en el índice de refracción y la luz incidente se devuelva al sensor fotosensible. Para mediciones de transmisión puede estar previsto, por ejemplo, configurar de forma reflectante las paredes limitantes laterales del canal para garantizar, de este modo, una conducción de luz sobre el material de muestra evitando la incidencia de luz de control sobre el sensor fotosensible. Sin embargo, también es posible que el estrato de soporte esté configurado de forma ópticamente reflectante, por ejemplo, al estar formado el mismo de un material blanco que, a diferencia de un material transparente, refleja en su mayor parte la luz incidente.
Un perfeccionamiento, según el cual el canal presenta un corte transversal cóncavo orientado hacia el sensor fotosensible, tiene la ventaja de que un corte transversal cóncavo actúa como lente convergente o espejo convergente y, por tanto, la luz que abandona la sección de ensayo en la dirección opuesta al sensor fotosensible se devuelve y, en particular, se enfoca sobre el sensor fotosensible. Por tanto, la superficie cóncava puede estar configurada preferentemente de forma reflectante o con un revestimiento de índice de refracción. Sin embargo, también es posible que el canal presente en dirección longitudinal por secciones un perfil cóncavo. Ambas configuraciones posibles tienen la ventaja de que se conduce más luz de dispersión al sensor fotosensible y, por tanto, está disponible para el registro.
Otra posibilidad para aumentar la intensidad de la luz sobre el sensor fotosensible consiste en que el lado de salida de luz presente, al menos por secciones, una estructura de conducción de luz que puede estar configurada, por ejemplo, como estructura de gofrado con un perfil de dientes de sierra o triangular. Esta estructura de conducción de luz ha de evitar que la luz que ha atravesado la sección de ensayo o que parte de la misma se disperse a secciones adyacentes en el espacio y, por tanto, se pierda para la medición de intensidad en el fotodetector asignado al conducirse los rayos de luz de este tipo de vuelta en dirección al fotodetector asignado. Además, una estructura de gofrado tiene la ventaja de que con el paso del soporte de muestra, en particular del estrato de muestra, a la hendidura de aire inevitable entre el soporte de muestra y el sensor fotosensible, a causa de los diferentes índices de refracción eventualmente se puede producir una reflexión total en la capa de cubierta del sensor fotosensible y, por tanto, en paralelo a los fotodetectores. Gracias a la estructura de gofrado se puede influir positivamente en las relaciones angulares durante el paso del soporte de muestra al sensor para reducir, en la medida de lo posible, por tanto el riesgo de la reflexión total.
Un perfeccionamiento consiste también en que el estrato de muestra esté configurado como placa de fibras ópticas. Una placa de fibras conductoras de luz de este tipo está formada al estar dispuesta una multitud de fibras conductoras de luz de forma estrechamente adyacente, formando los extremos del lado frontal de las fibras conductoras de luz el lado de análisis o el lado de salida de luz. El intersticio entre las fibras individuales puede estar formado, por ejemplo, por una resina que cura de forma transparente. De este modo, la luz que parte de la sección ensayo o que atraviesa la misma es recogida por las fibras conductoras de luz y se conduce de forma dirigida al objetivo al fotodetector, siendo posible, por tanto, también un registro y una conducción dirigida con dirección de luz de dispersión. Además, es posible que los extremos de las fibras conductoras de luz estén configurados como micro-óptica para conseguir, de este modo, un efecto convergente mejorado o un enfoque mejorado y, por tanto, a su vez un aumento de la intensidad de la luz conducida sobre el fotodetector. En caso del paso de la hendidura de aire a la capa de cubierta se puede producir una reflexión total en la capa de cubierta, por lo que se pierde para la detección la luz incidente. Por tanto, también la capa de cubierta puede estar configurada como una placa de fibras de este tipo y garantiza una conducción dirigida de la luz incidente sobre los fotodetectores.
Durante el paso del soporte de muestra al sensor fotosensible, la mayoría de las veces existirá una reducida hendidura de aire, existiendo en el paso del soporte de muestra a la hendidura de aire y de la hendidura de aire al sensor fotosensible un salto en el índice de refracción, por lo que eventualmente se produce una reflexión total y, por ello, una pérdida de los rayos de luz reflejados. De acuerdo con un perfeccionamiento está previsto que el estrato de muestra en dirección de su espesor presente, al menos por secciones, un perfil escalonado del índice de refracción, estando configurado este perfil de tal manera que la diferencia de índice de refracción entre el lado de salida de luz del estrato de muestra y la hendidura de aire sea lo menor posible, para perder de este modo la menor cantidad posible de luz por reflexión total en esta superficie límite y conducir la mayor cantidad posible de luz en dirección del sensor fotosensible. El perfil de índice escalonado en dirección del espesor del estrato de muestra estará configurado de forma similar, por tanto, presentará una multitud de pequeñas diferencias del índice de refracción para conducir, de este modo, la mayor cantidad posible de luz de la sección de ensayo al lado de salida de luz. El perfil escalonado del índice de refracción puede estar formado, por ejemplo, porque el estrato de muestra está formado por una multitud de estratos dispuestos de forma estrechamente adyacente de un material con, respectivamente, un índice de refracción específico que cambia ligeramente de estrato a estrato. Además, es posible que se apliquen varios estratos con, respectivamente, un índice de refracción específico desde la fase vapor para formar, de este modo, el perfil escalonado.
En el mismo sentido va un perfeccionamiento, según el cual el estrato de muestra en dirección de su espesor presenta, al menos por secciones, un perfil de gradiente de índice de refracción. Un perfil de gradiente ofrece una adaptación sin etapas del índice de refracción desde el estrato de muestra al aire en la hendidura de aire y, por tanto, ofrece una conducción particularmente óptima de la luz de la sección de ensayo al sensor fotosensible. Un
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perfil de gradiente se forma preferentemente desde la fase vapor, de tal manera que se produce un recorrido constante del índice de refracción. Ya que la complejidad para la producción de un perfil específico de índice de refracción es bastante elevada, está previsto que un perfil de índice de refracción de este tipo esté dispuesto al menos en la sección del estrato de muestra en el que se encuentran también las secciones de ensayo aplicadas.
Otra posibilidad para evitar un salto del índice de refracción consiste en que en el lado de salida de luz del estrato de muestra o en la capa de cubierta del sensor fotosensible esté aplicada una capa de inmersión, desplazándose debido a esta capa el aire desde la hendidura entre el estrato de muestra y el sensor y evitándose, por tanto, un salto en el índice de refracción al aire o desde el aire a la capa de cubierta. La capa de inmersión puede aplicarse, por ejemplo, como aceite de inmersión, tal como es conocido por la microscopía. Además, es posible que, por ejemplo, en el lado de salida de luz esté previsto un depósito que, con colocación del soporte de muestra en el dispositivo de alojamiento, se active y, por tanto, aplique el material de inmersión en el lado de salida de luz. Este perfeccionamiento tiene la ventaja de que no son necesarias acciones de manejo adicionales, lo que es importante en particular para el empleo en el campo o para el uso desechable.
Al llevar a cabo el análisis de muestras, la mayoría de las veces es necesario documentar el resultado de la medición. Por tanto, es ventajoso que en el soporte de muestra esté dispuesta una característica de identidad o identificación ya que, por tanto, se puede efectuar una asignación directa del recorrido leído de la señal de las secciones de ensayo individuales en un protocolo de medición. Además se pueden emplear diferentes soportes de muestra con diferentes secciones de ensayo, de tal manera que en la característica de identificación puede estar almacenado también un identificador o datos de configuración de las secciones de ensayo. La característica preferentemente se puede leer sin contacto y puede estar formada, por ejemplo, por un código 1D o 2D, sin embargo, también es posible una configuración como característica de RFID.
Para la modularización de la disposición de medición de acuerdo con la invención es posible un perfeccionamiento según el cual en el lado de análisis y/o el lado dirigido al lado de análisis del estrato de soporte están aplicados los denominados codificadores de dirección de energía que posibilitan, mediante soldadura por ultrasonidos, una unión del estrato de muestra con el soporte de muestra. Por ello es posible producir de forma separada uno de otro el estrato de soporte y el estrato de muestra, en particular facilitar un estrato de soporte universal que se ensambla con una multitud de estratos de muestra configurados específicamente, en particular con secciones de ensayo específicas, hasta dar disposiciones de medición de acuerdo con la invención.
Ya que la radiación que parte de la sección de ensayo esencialmente no está dirigida, para una medición de fluorescencia es ventajoso un perfeccionamiento según el cual el estrato de muestra y/o el estrato de soporte están configurados como polarizador óptico. Si la luz que incide sobre la sección de ensayo está polarizada, mediante una dirección de polarización ortogonal con respecto a esto se puede eliminar del estrato de muestra la luz incidente, de tal manera que incidirá solo la luz que parte de la sección de ensayo sobre el fotodetector. Una disposición de polarización está compuesta de dos componentes polarizantes que son conocidos con los términos polarizador y analizador. Según el perfeccionamiento de acuerdo con la invención, el estrato de muestra forma el analizador. El polarizador puede estar formado por el estrato de soporte, además, es posible que esté presente un dispositivo de iluminación que presenta un polarizador con el cual se iluminan las secciones de ensayo individuales. Gracias a una eliminación sustancial de la luz de excitación incidente se pueden leer inequívocamente también productos de reacción muy reducidos, lo que, a su vez, disminuye el LOD.
El objetivo de la invención se resuelve también mediante un aparato de medición para la evaluación óptica de una reacción química, aparato de medición que presenta una disposición de medición de acuerdo con la invención, estando dispuesto el sensor en un cuerpo de base y pudiéndose pivotar una tapa de cobertura entre una posición de medición y una posición de suministro y extracción. Ya que las intensidades de luz tanto de mediciones de quimioluminiscencia como en mediciones de transmisión son muy reducidas, es importante que la tapa de cobertura en la posición de medición cierre el soporte de muestra y una sección del cuerpo de base de forma impermeable a la luz frente al entorno, ya que por tanto está garantizado que no pueda influir luz extraña en la medición. Esta hermetización puede estar formada, por ejemplo, por una sección de contacto con forma de surco entre el cuerpo de base y la tapa de cobertura. Además, puede estar prevista una junta elástica que rodea la zona que debe cerrarse que en la posición de medición es presionada por la tapa de cobertura contra el cuerpo de base y garantiza, por tanto, el cierre impermeable a la luz.
En mediciones de transmisión se registra el debilitamiento, causado por la reacción química, de la luz que pasa por la sección de ensayo, de tal manera que de acuerdo con un perfeccionamiento en la tapa de cobertura está presente un dispositivo de iluminación que conduce su luz en dirección a las secciones de ensayo. El dispositivo de iluminación puede estar formado, por ejemplo, por un irradiador de luminiscencia y/o una disposición de LED. También es ventajoso que se pueda influir de forma dirigida en la posición de la emisión de luz a lo largo de la sección de ensayo. Si se emite, por ejemplo, un patrón de luz específico, es posible llevar a cabo una calibración del sensor fotosensible, pudiéndose registrar contaminaciones debido a la alteración causada por ello de la distribución esperada de la luminosidad. Se prefiere una configuración con cuatro diodos luminosos que están dispuestos de tal manera que se puede iluminar toda la extensión longitudinal del sensor fotosensible.
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Para la ampliación del campo de uso del aparato de medición de acuerdo con la invención o para la adaptación a diferentes secciones de ensayo, es ventajoso que el dispositivo de iluminación pueda emitir luz que sea controlable selectivamente en varias longitudes de onda. Para esto, el dispositivo de iluminación puede presentar varios medios luminosos que emiten luz respectivamente en un intervalo diferente del espectro o el medio luminoso puede estar configurado de forma ajustable y emitir, por tanto, luz en un intervalo específico del espectro. Además, también es ventajoso que el dispositivo de iluminación esté configurado de tal manera que pueda emitir luz a lo largo de la extensión longitudinal del sensor fotosensible en varias posiciones, por ejemplo, al estar presentes varios medios de iluminación discretos. De este modo se puede crear un patrón específico de iluminación o una distribución específica de la intensidad en el fotodetector.
Además, para mediciones de fluorescencia es ventajoso un perfeccionamiento según el cual el dispositivo de iluminación presenta un polarizador, estando configurado preferentemente el estrato de muestra como analizador. La dirección de polarización del polarizador y del analizador están alineadas entre sí de forma normal, lo que tiene la ventaja de que la luz de excitación polarizada de la fuente de iluminación no es registrada por los fotodetectores, por el contrario, la luz fluorescente no polarizada atraviesa el analizador y, por tanto, es registrada por los fotodetectores.
Ya que para llevar a cabo la medición puede ser necesaria la emisión de distintos reactivos, de acuerdo con un perfeccionamiento en la tapa de cobertura o en el cuerpo de base está dispuesto un dispositivo de emisión para reactivos. En este dispositivo de emisión pueden estar dispuestos en receptáculos uno o varios reactivos que se aplican conjuntamente, de forma selectiva o antes de la muestra que debe analizarse sobre el soporte de muestra y se consumen al llevar a cabo la medición.
Según un perfeccionamiento, el dispositivo de emisión presenta un elemento de activación y un depósito para reactivos, estando configurado preferentemente de forma acoplable el depósito. El elemento de activación puede estar formado, por ejemplo, por un botón pulsador o un dispositivo de perforación y, por tanto, libera una cantidad de libre elección del contenido del depósito o el contenido previsto. Un depósito acoplable tiene la ventaja de que por ello se puede crear un sistema de un solo uso, según el cual el soporte de muestra y el depósito se seleccionan para llevar a cabo la medición y después llevarla a cabo se desechan. Esto es ventajoso en particular para la seguridad de la aplicación, ya que el operario puede estar seguro en cualquier momento de usar los reactivos correctos y no tiene que manipular, tal como era habitual hasta ahora, recipientes de reserva voluminosos para los reactivos necesarios, existiendo una y otra vez la posibilidad de una contaminación. El dispositivo de acoplamiento puede estar formado, por ejemplo, por una combinación de membrana-aguja, cerrando la membrana de forma hermética un receptáculo del dispositivo de emisión de muestras y siendo perforada durante la introducción por una aguja hueca o una espiga para facilitar, de este modo, la química de muestras existente en el receptáculo. En particular, el dispositivo de emisión de muestras puede estar configurado de tal manera que es posible un acoplamiento múltiple. Una membrana, después de la retirada de la aguja, cerraría por sí misma el acceso. Sin embargo, es posible que una tapa de cierre pretensada por resorte se introduzca mediante presión por una clavija de extracción y posibilite, de este modo, el acceso a la química de muestras.
En un perfeccionamiento, el depósito puede estar formado por un blíster en el que en cámaras respectivamente cerradas están presentes reactivos. La cámara está provista de un precinto que es destruido por el dispositivo de activación, por lo que se libera el contenido de la cámara. También es posible que el dispositivo de activación presente un medio de accionamiento que está unido de forma operativa con el módulo de control, por ejemplo, esto puede estar formado por un punzón activado de forma electromagnética o electromecánica que con la activación libera el contenido del depósito. Además, es ventajoso que el blíster se mueva por sí mismo mediante el dispositivo de activación, por ejemplo, mediante un motor paso a paso para seleccionar automáticamente el siguiente reactivo respectivamente necesario para la liberación. De este modo se puede garantizar, a su vez, un cumplimiento de una cesión requerida de reactivos.
Para garantizar el cumplimiento del orden de la emisión de muestras puede estar previsto que a cada depósito esté asignado un elemento de activación, estando provistos los elementos de activación de un identificador de desarrollo. Esto puede estar previsto, por ejemplo, mediante una identificación en color en el sentido de un sistema de semáforos, con respecto a un dispositivo de emisión de muestras de un solo uso puede estar previsto también un dispositivo mecánico de bloqueo o desbloqueo, de tal manera que el operario tiene que emitir los reactivos en cualquier caso en el orden correcto.
Para la seguridad de la aplicación además es ventajoso que el módulo de control esté unido de forma operativa con un dispositivo de salida del dispositivo de emisión de muestras ya que, por tanto, es posible una emisión dirigida de la química de muestras sobre el soporte de muestra, en particular sobre la sección de emisión o eventualmente en la unidad microfluídica. Ya que al llevar a cabo la medición se tienen que cumplir eventualmente también tiempos de desarrollo, el módulo de control también puede estar configurado de tal manera que en una secuencia en el tiempo específica se emita la química de muestras desde el dispositivo de emisión de muestras a la sección de emisión del soporte de muestra. El dispositivo de salida puede estar formado por una válvula controlable, por ejemplo, una válvula magnética o un dispositivo de emisión controlado por impulsos de forma similar a una impresora por chorro de tinta, en un perfeccionamiento también se puede ajustar de forma dirigida el caudal por el dispositivo de salida o por una abertura de emisión que se puede cambiar en su diámetro.
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Los anteriores perfeccionamientos tienen, en particular, la ventaja de que se aumenta la seguridad de manejo al mantenerse de forma segura un orden o incluso un orden en el tiempo, estando previsto en particular que esta emisión se pueda realizar con la tapa de cobertura cerrada, es decir, que esté garantizado el cierre impermeable a la luz del soporte de muestra incluso con la adición de la química de muestras. Para esto, la tapa de cobertura o el aparato de medición pueden presentar elementos de activación que se puedan alcanzar desde el exterior para poder manejar correspondientemente el dispositivo de emisión de muestras.
En un perfeccionamiento puede estar previsto que el depósito esté dispuesto de forma que pueda pivotar por debajo del elemento de activación. Por ejemplo, el depósito puede ser un blíster con forma circular que se coloca en el dispositivo de emisión y se pivota paso a paso, de tal manera que se mantiene en cualquier caso el orden requerido de la emisión de reactivos. Para esto, el dispositivo de emisión o el depósito puede presentar una estructura que indica la dirección que predefine un punto de inicio y la dirección de giro. Esto puede estar formado, por ejemplo, por un botón de inicio y una estructura a modo de dientes de sierra. También es posible una configuración en forma de tira del depósito, pudiéndose fijar también aquí una posición de inicio y la dirección de avance.
Después de la colocación del soporte de muestra en el dispositivo de alojamiento se puede llenar, por ejemplo, la unidad microfluídica con una química de muestras de preparación para preparar las secciones de ensayo para la siguiente medición. Para esto es ventajoso que el soporte de muestra ya esté colocado en el dispositivo de alojamiento y que en particular esté cerrada la tapa de cobertura, de tal manera que, de acuerdo con un perfeccionamiento, la tapa de cobertura presente una sección de suministro que se pone en contacto con la sección de emisión del soporte de muestra. Por ello es posible suministrar la química de muestras o la muestra que debe analizarse desde el exterior sin tener que manipular el soporte de muestra colocado. Ya que la reacción química puede realizarse de forma bastante rápida después de la adición de la muestra que debe analizarse, es importante que después de la emisión de muestra el soporte de muestra esté cerrado de forma impermeable a la luz, existiendo en caso de la emisión sobre el soporte de muestra con la tapa de cobertura abierta siempre un riesgo de manejo erróneo, de que se emita la muestra y que no se cierre a tiempo la tapa, de tal manera que se puede producir una medición errónea. En relación con un uso desechable, también la sección del suministro puede estar configurada como dispositivo de un solo uso y desecharse después de la realización de la medición junto con el soporte de muestra.
Ya que en el soporte de muestra puede estar dispuesta una característica de identificación o identidad, de acuerdo con un perfeccionamiento en el aparato de medición está presente un dispositivo de lectura que actúa sin contacto. Este dispositivo de lectura puede estar formado, por ejemplo, por un sensor de registro 1D o 2D óptico o una unidad de emisión y de recepción de RFID.
Para reducir el espesor de la hendidura de aire y garantizar, por ello, un mejor acoplamiento del soporte de muestra al sensor fotosensible, de acuerdo con un perfeccionamiento está previsto que en la tapa de cobertura esté dispuesto un medio de presión para ejercer una fuerza sobre el soporte de muestra. Este puede estar formado, por ejemplo, por un material elástico que ejerce una fuerza sobre el estrato de soporte y, por tanto, presiona el estrato de muestra sobre la capa de cubierta del sensor fotosensible. El material elástico puede estar formado, por ejemplo, por un material de espuma o por un elemento de pre-tensión activado por resorte.
Para comprender mejor la invención, la misma se explica en detalle mediante las siguientes figuras.
Muestran, respectivamente en una representación muy simplificada esquemáticamente:
La Figura 1, una representación del corte de la disposición de medición de acuerdo con la invención;
La Figura 2, a) una representación de la distribución de la señal de una sección de ensayo sobre el sensor
fotosensible;
b) la dependencia medida de la anchura de señal sobre el sensor fotosensible, dependiendo de la
separación ente sección de ensayo y fotodetector;
La Figura 3, la cantidad de los fotodetectores iluminados dependiendo de la separación entre sección de ensayo y fotodetector;
La Figura 4, una representación de la distribución de la intensidad sobre los fotodetectores dependiendo de la separación media de las secciones de ensayo;
La Figura 5, una representación despiezada de la disposición de medición de acuerdo con la invención;
La Figura 6 a) una representación de una configuración del aparato de medición de acuerdo con la invención; b) y c) otra posible configuración del aparato de medición de acuerdo con la invención.
Como introducción se señala que en las diferentes formas de realización descritas, las partes iguales se proveen de las mismas referencias o las mismas denominaciones de piezas constructivas, pudiéndose transferir las divulgaciones contenidas en toda la descripción de forma razonada a partes iguales con las mismas referencias o las mismas denominaciones de piezas constructivas. Además, las indicaciones de ubicación seleccionadas en la
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descripción tales como, por ejemplo, arriba, abajo, lateralmente, etc. se refieren a la figura directamente descrita así como representada y, con un cambio de ubicación, se han de transferir de forma razonada a la nueva ubicación. Además, también las características individuales o combinaciones de características de los diferentes ejemplos de realización mostrados y descritos pueden representar por sí mismas soluciones autónomas, inventivas o de acuerdo con la invención.
Todas las indicaciones en cuanto a intervalos de valores en la descripción objeto se han de entender de tal manera que las mismas comprenden indicaciones discrecionales y todos los subintervalos de esto, por ejemplo, la indicación de 1 a 10 se ha de entender de tal manera que están comprendidos también todos los subintervalos partiendo del límite inferior 1 y el límite superior 10, es decir, todos los subintervalos comienzan con un límite inferior de 1 o superior y terminan con un límite superior de 10 o menor, por ejemplo, de 1 a 1,7 o de 3,2 a 8,1 o de 5,5 a 10.
La Figura 1 muestra una representación del corte de la disposición de medición de acuerdo con la invención, habiéndose cambiado los órdenes de magnitudes para representar las características esenciales para la invención de forma que no están a escala. En particular no se representan a escala los espesores de capa o las configuraciones geométricas.
La disposición de medición 1 de acuerdo con la invención presenta un soporte de muestra 2 con un estrato de soporte 3 y un estrato de muestra 4. Además está presente un sensor fotosensible 5 que presenta una multitud de fotodetectores 6 sobre los que está dispuesta una capa de cubierta 7 transparente. En un lado de análisis 8 del estrato de muestra 4 están dispuestas, con separación entre sí, una multitud de secciones de ensayo 9, estando dispuesto el estrato de muestra 4 con el lado de análisis 8 de tal manera sobre el estrato de soporte 3 que las secciones de ensayo 9 están dirigidas hacia un volumen de la unidad microfluídica 10, en particular están dispuestas en el canal 23.
Gracias a la reacción del material de muestra transportado en la unidad microfluídica 10 con los reactivos en la respectiva sección de ensayo 9 se produce en las secciones de ensayo 9 una modificación de la propiedad óptica o una emisión de luz basada en quimioluminiscencia, de tal manera que los fotodetectores asignados a la respectiva sección de ensayo registrarán un cambio de la intensidad de la luz incidente. Ahora, la ventaja de la invención radica en que la separación 11 entre las secciones de ensayo 9 y los fotodetectores 6 es menor de 700 µm. De acuerdo con la invención, esto se consigue, por ejemplo, al ser el espesor 12 de la capa de cubierta 7 menor de 500 µm y al ser, además, el espesor 13 del estrato de muestra 4 menor de 200 µm.
Durante el paso desde el lado de salida de luz 14 del estrato de muestra 4 a la capa de cubierta 7 del sensor fotosensible 5 pueden producirse efectos de refracción y dispersión, lo que tiene el efecto de que la característica de irradiación de la luz que parte de la sección de ensayo se corresponde prácticamente con la de una fuente de luz puntual. Por tanto, la luz de una sección de ensayo 9 no incidirá solo sobre un fotodetector 6 dispuesto directamente por debajo, sino que se producirá un ensanchamiento, por lo que incidirá también en los fotodetectores adyacentes al fotodetector asignado una parte de la radiación. Gracias a la configuración de acuerdo con la invención de la separación 11 entre las secciones de ensayo 9 y los fotodetectores 6, sin embargo, queda garantizado que la parte principal de la intensidad de la radiación incida únicamente sobre un fotodetector, la parte predominante de la intensidad de la ración incida sobre como máximo tres fotodetectores.
Ya que las señales de luminosidad que deben registrarse con frecuencia resultan solo muy reducidas y, por tanto, eventualmente pueden estar cubiertas por ruidos propios inevitables de cada fotodetector individual, es de particular importancia que incida la mayor cantidad posible de la intensidad de la radiación que parte de una sección de ensayo sobre un fotodetector individual o que permanezca limitada la intensidad de la radiación que parte en total a una cantidad lo más reducida posible de fotodetectores. Solo de este modo se puede conseguir una relación de señal a ruido lo mayor posible o un reducido valor límite de registro inferior. Ya que el estrato de soporte 3 la mayoría de las veces está configurado de forma transparente, por ejemplo, la superficie limitante, opuesta a las secciones de ensayo 9, del canal 23 puede estar configurada de ópticamente reflectante. Sin embargo, también es posible que el propio estrato de soporte 3 esté configurado de forma ópticamente reflectante.
En el transcurso de investigaciones que han conducido a la invención se ha constatado que la distribución de la señal o el ancho de la señal sobre el sensor fotosensible da información acerca de cuántas tiras se pueden detectar en un sensor fotosensible con un intervalo dinámico de >100, es decir, una diafonía menor del 1 %. El parámetro más importante es la distancia de la sección de ensayo al fotodetector, debido a que el ancho de la señal es directamente proporcional a esta distancia. El fin de las mediciones era obtener una visión general acerca de la distribución de la señal de luz de las secciones de ensayo impresas, por ejemplo, con un procedimiento de impresión capilar.
A partir de la medición resultó una distribución de Gauß de la señal en el sensor fotosensible. Una magnitud característica de una curva de Gauß es el ancho 1/e, que en este documento se denomina c. Para tales señales se encuentra dentro de un ancho de 2*c el 84,2 % de la señal. En un ancho en el sensor fotosensible de 4*c se distribuye el 99,5 % de la señal de una sección de ensayo impresa. La Figura 2a muestra la distribución de señal típica de una configuración de ensayo no de acuerdo con la invención de un soporte de muestra con una sección de ensayo impresa (2 x 1 mm) en un estrato de muestra de 190 µm de espesor, sobre un sensor fotosensible,
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ascendiendo la separación de sección de ensayo a los fotodetectores a 1,54 mm. A este respecto se encuentra el 99,5 % de la señal dentro de 4*c = 6,03 píxeles. De este modo se puede estimar que en esta configuración se pueden detectar como máximo 4-5 tiras distintas con una diafonía y un intervalo dinámico aceptables.
Se llevaron a cabo mediciones con una separación de 1,3, 1,5, 2,5 y 3,5 mm entre sección de ensayo y fotodetector. Si se aplica el ancho promedio (3 valores de medición) de la señal detectada (el 99,5 %, es decir, 4*c) en el sensor fotosensible frente a la distancia entre sección de ensayo y sensor, se obtiene la dependencia representada en la Figura 2b. Por tanto, si se detecta la señal de luminosidad de una sección de ensayo de 1 mm de anchura con una separación de 1,5 mm (0,19 mm de lámina + 1,35 mm de vidrio con respecto a la superficie fotosensible (según indicaciones del fabricante del sensor)), entonces el 99,5 % de la señal está distribuida sobre 6 píxeles. En este caso se tendrían que imprimir las secciones de ensayo con una separación de al menos 6 píxeles = 6 mm. En la estructura de canal preferente sobre un soporte de laboratorio convencional (1’’/3’’) con una longitud de canal de 30 mm se pudieron detectar como máximo 5 tiras cuando se había de abarcar al menos un intervalo dinámico de 100 (es decir, una diafonía < 1 %).
Con este procedimiento se puede determinar la cantidad posible de las secciones de ensayo detectadas, como resultado de estas investigaciones se obtienen las dependencias representadas en la Figura 3. A lo largo de la distancia 15 entre la sección de ensayo y el fotodetector están aplicadas dos curvas, una curva 16 prácticamente lineal y una curva 17 que resulta de esta curva, que tiene un recorrido esencialmente exponencial. La curva 16 prácticamente lineal muestra la dependencia de con qué separación 15 entre una sección de ensayo y el sensor fotosensible incide el 99,5 % de la intensidad total de la luz que parte de la sección de ensayo sobre qué número 18 de fotodetectores. A partir de este diagrama se puede reconocer, por ejemplo, que con una distancia de 1 mm entre sección de ensayo y fotodetector, el 99, 5 % de la intensidad total incide sobre prácticamente 5 fotodetectores. Si se divide la longitud del canal (es decir, 300 mm) por el ancho del 99,5 % (en mm) de la señal de luminosidad de una única sección de ensayo, se obtiene la segunda curva 17. Esta curva indica ahora cuántas secciones de ensayo 18 con qué separación 15 entre sección de ensayo y sensor son posibles como máximo.
A causa de la longitud de canal preferente de 30 mm se ha optimizado el resultado deseado de la medición en el sentido de que se pueden registrar y evaluar al menos ocho secciones de ensayo con el dispositivo de registro de acuerdo con la invención. El área sombreada indica por debajo de qué distancia de sección de ensayo a fotodetector se pueden detectar más de 8 tiras. A partir del diagrama se obtiene para ocho tiras, mediante análisis de la curva 17, un valor de aproximadamente 0,7 mm.
En la Figura 4 está representada la denominada diafonía de señal, es decir, con qué intensidad actúa la señal de luminosidad a causa de su distribución de intensidad de una sección de ensayo sobre los fotodetectores adyacentes. En particular, aquí es importante la separación 19 entre las secciones de ensayo 9, ya que cuanto mayor sea esta separación 19, menor cantidad de partes de señal de una sección ensayo incidirán en la zona de registro de las secciones de ensayo respectivamente adyacentes y, por tanto, de los fotodetectores asignados, suponiendo una separación constante entre sección de ensayo y fotodetector. En las Figuras 4a y 4b está representada respectivamente en el diagrama inferior la situación en la que cada sección de ensayo 9 emite una señal de luminosidad máxima, estando representada con línea discontinua la distribución habitual de la intensidad de la señal de luminosidad. En la Figura 4a, la separación 19 entre las secciones de ensayo individuales asciende a 3 mm, en la Figura 4b, esta separación asciende a 4 mm, de tal manera que aquí actúan ya solo partes muy reducidas de la intensidad de la radiación de una sección de ensayo sobre secciones de ensayo adyacentes. Es de particular importancia una diafonía reducida en particular cuando en dos secciones de ensayo adyacentes se producen reacciones muy diferentes de la intensidad, de tal manera que las señales de luminosidad se hacen muy diferentes. La zona límite se da porque en una sección de ensayo tiene lugar la máxima reacción de luminosidad, en la sección de ensayo adyacente tiene lugar la reacción de muestra de menor tamaño posible registrable. Gracias a la configuración de acuerdo con la invención con una separación menor de 700 µm entre sección de ensayo y fotodetector también está garantizado en este caso que el producto de luminosidad de la reacción intensiva no cubra a aquel de la reacción muy débil y, por tanto, sea posible una separación inequívoca de ambos productos de reacción.
Una gran separación entre las secciones de ensayo tiene la ventaja adicional de que por ello ni siquiera las imprecisiones que resultan con la aplicación de las secciones de ensayo sobre el estrato de muestra, por ejemplo, durante la impresión, así como las imprecisiones que resultan a causa de la colocación del soporte de muestra en el dispositivo de alojamiento causan ninguna influencia, o solo una muy reducida, sobre los parámetros de reconocimiento, en particular en la relación de señal a ruido, en el valor límite de registro inferior así como la diafonía. En particular, con esta configuración con el valor de concentración establecido se obtiene una desviación típica del 1,5 %, por lo que el valor de la concentración se hace prácticamente independiente de la precisión de la colocación de las secciones de ensayo o la disposición en el dispositivo de alojamiento. Esta configuración tiene la ventaja particular que, por tanto, es posible también una aplicación por personal no formado, ya que los errores de orientación no influirán sustancialmente en el resultado de la medición.
La figura 5 muestra una representación despiezada de la disposición de medición 1 de acuerdo con la invención que comprende el soporte de muestra 2 con el estrato de soporte 3 y el estrato de muestra 4. El soporte de muestra 2 está dispuesto de forma que se puede soltar en un dispositivo de alojamiento 20, de tal manera que el lado de salida
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de luz 14 del estrato de muestra está dispuesto dirigido hacia el sensor fotosensible 5. El sensor fotosensible 5 está dispuesto, a su vez, en un cuerpo de base 21, estando cubiertos los fotodetectores 6 individuales por una capa de cubierta 7 transparente. En el lado de análisis 8 del estrato de muestra 4 están dispuestos múltiples secciones de ensayo 9. A su vez, el estrato de muestra 4 está dispuesto sobre el estrato de soporte, de tal manera que las secciones de ensayo 9 están dirigidas hacia un volumen de la unidad microfluídica 10, por lo que con la emisión de una muestra que debe analizarse en la sección de emisión 22, a causa de la característica geométrica del canal 23, se produce un movimiento capilar del analito desde la sección de emisión 22 a través del canal 23 hasta un depósito colector 24. Por ello se produce también un contacto del analito con las secciones de ensayo 9, por lo que se producirá en la respectiva sección de ensayo, con presencia de un correspondiente analito en la muestra, una reacción de unión química, lo que conduce a un cambio de las propiedades del espectro o una emisión de luz quimioluminiscente. Con una longitud de canal 25 de 30 mm para un soporte de muestra 2 convencional 1’’/3’’, la disposición de medición de acuerdo con la invención se ha optimizado en el sentido de que se registran ocho secciones de ensayo 9 por en total 32 fotodetectores 6 individuales del sensor fotosensible 5, de tal manera que se registra el 99,5 % de la señal de luminosidad asignada a una sección de ensayo por, respectivamente, tres fotodetectores 6.
El dispositivo de alojamiento 20 está configurado, por ejemplo, de tal manera que el soporte de muestra 2 se coloca en una parte fija del dispositivo de alojamiento y se sujeta de forma fija por una segunda parte, móvil y/o abatible, del dispositivo de alojamiento. También es posible que en una parte del dispositivo de alojamiento esté dispuesto un elemento pre-tensado que se comprime durante la colocación del soporte de muestra y fija, de este modo, el soporte de muestra en el dispositivo de alojamiento.
La Figura 6a muestra un aparato de medición 26 de acuerdo con la invención, que comprende una disposición de medición 1 en un cuerpo de base 27, estando dispuesta una tapa de cobertura 28 de forma que puede pivotar alrededor de un eje de pivotado 29 entre una posición de medición y posición de suministro y extracción 30.
El sensor fotosensible 5 de la disposición de medición 1 está dispuesto, preferentemente, en el cuerpo de base 27, preferentemente de tal manera que se sujeta el soporte de muestra 2 en el dispositivo de alojamiento 20 de tal manera que las secciones de ensayo están dispuestas a lo largo del canal 23 con su lado de salida de luz sobre los fotodetectores del sensor fotosensible 5. Para esto, el dispositivo de alojamiento 20 puede presentar, por ejemplo, una parte de sujeción fija y una móvil con desplazamiento longitudinal, pre-tensada por resorte, de tal manera que con colocación del soporte de muestra 2 se puede mover la parte móvil en una dirección longitudinal 31 para facilitar la colocación del soporte de muestra y fija el mismo correspondientemente después del salto elástico hacia atrás a la posición de sujeción. Pero además de una configuración desplazable longitudinalmente puede estar previsto también un mecanismo abatible o de fijación rápida. También es posible que al menos en una de las partes de sujeción esté previsto un medio de presión, por ejemplo, un elemento de goma o resorte que fija, tal como se ha descrito anteriormente, el soporte de muestra después de la colocación.
Si se pivota la tapa de cobertura 28 a la posición de medición, mediante un elemento de estanqueidad 32 se cierra el espacio interior, en particular el soporte de muestra 2 y el sensor fotosensible 5, de forma impermeable a la luz frente al entorno. El elemento de estanqueidad 32 puede estar configurado, por ejemplo, por una unión de surcochaveta, para esto, en el cuerpo de base 27 puede estar prevista una cavidad con forma de surco perimetral en la que encaja un resorte correspondientemente opuesto de la tapa de cobertura 28 con pivotado de la misma a la posición de medición y que cierra de forma impermeable a la luz el espacio interior. Pero el elemento de estanqueidad 32 puede estar formado también por un elemento que se puede deformar elásticamente, por ejemplo, un material de espuma o una junta de goma, dándose a su vez con el cierre de la tapa de cobertura 28 a causa de una compresión causada por ello del elemento de estanqueidad 32 un cierre impermeable a la luz del espacio interno del aparato de medición frente al entorno. El soporte de muestra 2 presenta una sección de emisión 22, en la que se emite la muestra que debe analizarse que, a causa del dimensionado del canal 23 de la unidad microfluídica 10, se mueve por sí misma desde la sección de emisión 22 al depósito colector 24. Sin embargo, la emisión del material de muestra en la sección de emisión 22 es problemática en el sentido de que, por un lado, se tiene que mantener en la medida de lo posible de forma exacta la cantidad a emitir o se tiene que cumplir un orden de la emisión de la química de muestras. Además, después de la emisión del material de muestra mediante el paso del mismo al lado de las secciones de ensayo se produce la reacción y, por tanto, el cambio de las propiedades ópticas
o la emisión de luz en las secciones de ensayo. Si en este momento la tapa de cobertura 28 todavía no está en la medición de posición, esto puede conducir a mediciones erróneas.
Las Figuras 6b y 6c muestran otra configuración posible del aparato de medición de acuerdo con la invención en el que, por ejemplo, en la tapa de cobertura puede estar previsto un dispositivo de suministro 34 que contacta con la sección de emisión 22 para la emisión impermeable a líquido del material de muestra y que, además, garantiza el cierre impermeable a la luz del soporte de muestra 2 frente al entorno. De esto modo se puede colocar el soporte de muestra en el dispositivo de alojamiento 20 y a continuación se puede cerrar la tapa de cobertura 28, sin que en la unidad microfluídica 10 se encuentre ya material de muestra o química de muestra, por lo que está asegurado que no se desencadene ninguna reacción química en las secciones de ensayo. Solamente cuando la tapa de cobertura está cerrada y se ha producido de forma segura un cierre impermeable a la luz del soporte de muestra se emiten los reactivos o la muestra que debe analizarse en el dispositivo de suministro y se transmite por el mismo a la sección de emisión 22 del soporte de muestra 2. Ya que para llevar a cabo el análisis de muestras adicionalmente pueden
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necesarios otros reactivos, el aparato de medición 26 puede presentar además un dispositivo de emisión 35 para reactivos. El dispositivo de emisión 35 comprende preferentemente un elemento de activación 36 y un depósito 33 que se puede reemplazar de forma acoplable que está configurado, por ejemplo, como blíster y presenta varios receptáculos cerrados en los que están dispuestos reactivos. Después de la activación de un elemento de activación 36, en el caso de un blíster como depósito 33 se rompe el precinto 44 de la cámara de reactivos y se transfiere el reactivo a través del dispositivo de suministro 34 a la sección de emisión 22 y, por tanto, se transfiere a la unidad microfluídica 10.
Para garantizar un orden de la emisión de muestras pueden estar presentes, por ejemplo, varios elementos de activación 36 que presentan un identificador de desarrollo, por ejemplo, en forma de una numeración o por una codificación en color, por ejemplo, como una especie de sistema de semáforos. De este modo está garantizado que la emisión de muestras se realice con la tapa de cobertura cerrada y, por tanto, el soporte de muestra cerrado de forma impermeable a la luz y que, además, los reactivos o la muestra que debe analizarse se puedan emitir en el orden correcto, en la cantidad predefinida y, en particular, con la tapa de cobertura cerrada. También el depósito puede predefinir una dirección de activación, por ejemplo, al estar alojado el depósito de forma giratoria en el dispositivo de emisión y al continuar girándose manual o automáticamente después de cada emisión de reactivo. Un encaminamiento automático puede estar formado por un bloqueo mecánico o un dispositivo de enganche rápido que encaja en un punto contrario diseñado correspondientemente del depósito. Un perfeccionamiento también puede consistir en que el módulo de control tenga una unión operativa con los elementos de activación y emita, por tanto, automáticamente y en el orden correcto, los reactivos. Para esto, por ejemplo, además puede estar configurado un elemento de bloqueo 38 con un dispositivo de contactado, por lo que el cierre de la tapa de cobertura 28 desencadena el procedimiento de medición. Después del final de la medición se puede controlar el elemento de bloqueo 38 por ejemplo por el módulo de control 37, de tal manera que se desactiva un dispositivo de trinquete mecánico y la tapa de cobertura 28 pivota automáticamente a la posición de suministro y extracción 30.
En un perfeccionamiento ventajoso, el dispositivo de suministro 34 puede ser también parte del depósito 33, de tal manera que en el sentido de un único uso, el dispositivo de suministro 34 junto con el depósito 33 y los reactivos mantenidos en su interior se sustituyen después de cada empleo, de tal manera que siempre se usa un dispositivo de suministro 34 limpio, fresco para la medición.
Sin embargo, el módulo de control 37 está configurado en particular para evaluar los fotodetectores individuales del sensor fotosensible 5, en particular para evaluar la señal eléctrica proporcional a la señal de luminosidad incidente, tratarla correspondientemente y facilitarla a una conexión de comunicación 39. Esta conexión de comunicación está formada preferentemente por una conexión de comunicación USB, siendo posibles, sin embargo, otras conexiones de comunicación unidas por cables o inalámbricas del ámbito de la transmisión de datos. De modo no limitante se mencionan a modo de ejemplo: RS-232, RS-435, Bluetooth, zigBEE, IRDA o Firewire.
Además de mediciones quimioluminiscentes en las que, a causa de la reacción de unión química, se produce una emisión de luz en la sección de ensayo, el aparato de medición 26 de acuerdo con la invención puede llevar a cabo además también mediciones de transmisión en las que en la sección ensayo, a causa de la reacción química, se produce un cambio de la transmitancia. Para esto, la tapa de cobertura 28 presenta un dispositivo de iluminación 40 que se controla preferentemente por el módulo de control 37 y que emite luz con una longitud de onda específica o con una longitud de onda seleccionable o ajustable en dirección del soporte de muestra 2. La luz atraviesa las secciones de ensayo y se amortigua con diferente intensidad allí de forma correspondiente a la reacción química, lo que se puede evaluar como una evolución en el tiempo de la señal de luminosidad registrada.
Además, el dispositivo de iluminación 40 puede servir adicionalmente también para la calibración del sensor fotosensible 5, al iluminarse antes de la realización de la medición el sensor fotosensible y al almacenarse el valor de la luminosidad inicial registrado como valor de calibración o punto cero. De este modo se pueden compensar las irregularidades causadas por la fabricación o una contaminación de los fotodetectores individuales del sensor fotosensible, lo que es ventajoso en particular durante el registro de reacciones en varias secciones de ensayo cuando las reacciones individuales tienen un resultado muy diferente, de tal manera que las divergencias eventualmente presentes son una parte relevante del resultado de la medición y, por tanto, el resultado de la medición se falsearía claramente.
Además, en el soporte de muestra puede estar dispuesta una característica de identificación 41 que está aplicada, por ejemplo, como número de serie inequívoco o información de tipo en forma de un código 1-o 2-D. La característica de identificación 41 puede presentar, además, una memoria de datos, por ejemplo, en forma de código de matriz de datos, al estar almacenados, por ejemplo, datos de calibración de las secciones de ensayo individuales
o parámetros relevantes para el análisis. La característica de identificación 14 es leída por un dispositivo de lectura 42 del aparato de medición 26, comunicándose el dispositivo de lectura 42 preferentemente con el módulo de control 37, que recoge los datos de calibración o identificación, parametriza correspondientemente el aparato de medición y lleva a cabo la medición.
Para asegurar una precisión de repetición o para poder compensar divergencias debidas a la producción es ventajoso que antes de la emisión de la muestra en el soporte de muestra se active el dispositivo de iluminación y se lleve a cabo una calibración del sensor fotosensible. Mediante activación del dispositivo de iluminación se exponen
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todos los fotodetectores del sensor a una señal de luminosidad uniforme o a una distribución conocida de la luminosidad, de tal manera que las divergencias de la distribución de la luminosidad deseada se interpretan como señal perturbadora y se puede corregir correspondientemente la señal de luminosidad registrada. En particular, con la producción de las secciones de ensayo se pueden producir ligeras divergencias en la facilidad de la reacción de la química de muestras aplicada o los fotodetectores individuales del sensor pueden presentar ligeras diferencias de sensibilidad. También puede producirse, debido a la disposición del soporte de muestra en la sección de alojamiento, una ligera orientación errónea o un ensuciamiento, por lo que se produce un error sistemático que sin corrección o calibración puede falsear claramente los valores de concentración establecidos. Esta calibración se puede llevar a cabo solo para los fotodetectores únicamente, es decir, con la tapa de cobertura cerrada, sin el soporte de muestra colocado, pero es posible también una calibración de todo el sistema, es decir, cuando está colocado el soporte de muestra, pero todavía no se ha aplicado ninguna muestra o reactivo.
Los ejemplos de realización muestran posibles variantes de realización de la disposición de medición y del aparato de medición, señalándose en este punto que la invención no está limitada a las variantes de realización de la misma representadas especialmente, sino que más bien son posibles también diversas combinaciones de las variantes de realización individuales entre sí y esta posibilidad de variación a causa de la enseñanza para la actuación técnica debido a la invención objeto se encuentra dentro de la habilidad del experto habitual en este campo técnico. El alcance de protección se define por las reivindicaciones.
En las Figuras 6b y 6c está mostrada otra forma de realización y, eventualmente, independiente del aparato de medición, usándose a su vez para partes iguales las mismas referencias o denominaciones de piezas constructivas que en las anteriores figuras. Para evitar repeticiones innecesarias se señala o se hace referencia a la descripción detallada en las anteriores figuras.
Por motivos del orden, finalmente se señala que para comprender mejor la estructura de la disposición de medición
o del aparato de medición, los mismos o sus constituyentes se han representado en parte no a escala y/o de forma ampliada y/o reducida.
El objetivo en el que se basan las soluciones inventivas propias puede obtenerse de la descripción.
Lista de referencias
1 2 3 4
disposición de medición soporte de muestra estrato de soporte estrato de muestra 41 42 43 44 característica de identificación dispositivo de lectura superficie limitante sellado
5
sensor fotosensible
6
fotodetector
7 8 9 10
capa de cubierta capa de análisis sección de ensayo unidad microfluídica
11 12 13 14
separación espesor espesor lado de salida de luz
15
distancia
16
recorrido de la curva
17
recorrido de la curva
18
cantidad de las secciones de muestra
19 20
separación dispositivo de alojamiento
21 22
cuerpo de base sección de emisión
23
canal
24 25
depósito colector longitud
26 27 28 29 30
aparato de medición cuerpo de base tapa de cobertura eje de pivotado posición de suministro y extracción
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(continuación)
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dirección longitudinal
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elemento de estanqueidad
33
depósito
34
dispositivo de suministro
35
dispositivo de emisión para reactivos
36
elementos de activación
37
módulo de control
38
elemento de bloqueo
39
interfaz de comunicación
40
dispositivo de iluminación

Claims (20)

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    REIVINDICACIONES
    1. Disposición de medición (1) para la evaluación óptica cuantitativa de una reacción química, que comprende un soporte de muestra (2) con un estrato de soporte (3) y un estrato de muestra (4), un sensor fotosensible (5) con una multitud de fotodetectores (6) sobre un cuerpo sustentador y con una capa de cubierta (7) transparente dispuesta sobre los fotodetectores (6), presentando el estrato de soporte (3) una sección de emisión (22), una unidad microfluídica (10) y un depósito colector (24), estando unida la sección de emisión (22) a través de la unidad microfluídica (10) con el depósito colector (24) y comprendiendo la unidad microfluídica (10) un canal (23) y presentando el estrato de muestra (4) un lado de análisis (8) y, frente al mismo, un lado de salida de luz (14), estando dispuestas en el lado de análisis (8) separadas unas de otras en una dirección longitudinal del estrato de muestra (2) múltiples secciones de ensayo (9) y estando dispuesto el estrato de muestra (4) con el lado de análisis
    (8)
    de tal manera sobre el estrato de soporte (3) que las secciones de ensayo (9) están dirigidas hacia un volumen de la unidad microfluídica (10) y estando dispuesto el soporte de muestra (2), de forma que se puede soltar, en un dispositivo de alojamiento (20), de tal manera que el lado de salida de luz (14) está dirigido hacia el sensor fotosensible (5) y las secciones de ensayo (9) están dispuestas sobre los fotodetectores (6), siendo la separación
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    entre las secciones de ensayo (9) y los fotodetectores (6) menor de 700 µm e incidiendo al menos el 99,5 % de la radiación electromagnética que parte de una sección de ensayo (9) y que incide sobre el sensor fotosensible (5) sobre como máximo tres fotodetectores (6).
  2. 2.
    Disposición de medición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el espesor (12) de la capa de cubierta (7) asciende a menos de 500 µm.
  3. 3.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque el espesor (13) del estrato de muestra (4) asciende a menos de 200 µm.
  4. 4.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el intersticio entre dos fotodetectores (6) adyacentes es menor de 150 µm.
  5. 5.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el canal (23) de la unidad microfluídica (10) dispuesto sobre el fotodetector (5) presenta una longitud de 30-50 mm, una anchura de 1-4 mm y una altura de 10-200 µm.
  6. 6.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque durante la emisión de una muestra en la sección de emisión (22) en el canal (23) se forma un gradiente de presión con una fuerza capilar resultante a partir de esto en dirección del depósito colector (24).
  7. 7.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la separación media entre dos secciones de ensayo (9) adyacentes es mayor o igual a 3 veces la separación media de los fotodetectores (6).
  8. 8.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la superficie limitante (43), dispuesta frente al sensor fotosensible (5), del canal (23) está configurada ópticamente reflectante y/o porque el estrato de soporte (3) está configurado ópticamente reflectante.
  9. 9.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el canal (23) presenta un corte transversal cóncavo orientado hacia el sensor fotosensible (5) o el canal (23) está configurado de forma cóncava por secciones en la extensión longitudinal.
  10. 10.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el lado de salida de luz (14) presenta, al menos por secciones, una estructura de conducción de luz.
  11. 11.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el estrato de muestra (4) presenta en dirección de su espesor, al menos por secciones, un perfil escalonado de índice de refracción o un perfil de gradiente de índice de refracción.
  12. 12.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque en el lado de salida de luz (14) o sobre la capa de cubierta (7) está aplicada una capa de inmersión.
  13. 13.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque en el soporte de muestra (2) está dispuesta una característica de identidad o identificación (41).
  14. 14.
    Disposición de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque el estrato de muestra (4) y/o el estrato de soporte (3) está configurado como polarizador óptico.
  15. 15.
    Aparato de medición (26) para la evaluación óptica de una reacción química que comprende una disposición de medición (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14 con un sensor fotosensible (5) y un soporte de muestra (2), un cuerpo de base (27), una tapa de cobertura (28) que puede pivotar alrededor de un eje de pivotado
    (29)
    entre una posición de medición y una posición de suministro y extracción (30), además un módulo de control
    (37)
    para el tratamiento de la información de luminosidad registrada por el sensor (5), estando dispuesto el sensor
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    fotosensible (5) en el cuerpo de base (27) y cerrando la tapa de cobertura (28) en la posición de medición el soporte de muestra (2) y una sección del cuerpo de base (27) de forma impermeable a la luz frente al entorno.
  16. 16. Aparato de medición de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque en la tapa de cobertura (28) está presente un dispositivo de iluminación (40).
    5 17. Aparato de medición de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque el dispositivo de iluminación
    (49) emite luz controlable selectivamente en varias longitudes de onda y/o a distintas posiciones.
  17. 18. Aparato de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 o 17, caracterizado porque el dispositivo de iluminación (49) presenta un polarizador.
  18. 19. Aparato de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque en la tapa de 10 cobertura (28) o en el cuerpo de base (27) está dispuesto un dispositivo de emisión (35) para reactivos.
  19. 20.
    Aparato de medición de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque el dispositivo de emisión (35) presenta un elemento de activación (36) y un depósito (33) para reactivos.
  20. 21.
    Aparato de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque la tapa de
    cobertura (28) presenta una sección de suministro (34) que se pone en contacto con la sección de emisión (22) del 15 soporte de muestra (2).
    16
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT514210B1 (de) 2013-04-25 2016-08-15 Greiner Bio-One Gmbh Dispenser-befülltes mikrofluidisches Testsystem und Verfahren dazu
CN103808710A (zh) * 2014-01-21 2014-05-21 曹际娟 化学发光检测设备和方法
EP3315963A1 (de) * 2016-10-26 2018-05-02 Fuchs Petrolub SE Probenaufnahmeelement, analysenset und verfahren zur analyse eines liquids, insbesondere einer kühlschmierstoffemulsion
US20210140941A1 (en) * 2017-03-16 2021-05-13 Case Western Reserve University Biochip having microchannel provided with capturing agent for performing cytological analysis
CN111408549B (zh) * 2020-03-24 2022-05-27 广东长盈精密技术有限公司 一种检验铜箔焊接效果的装置及方法
WO2022019919A1 (en) * 2020-07-24 2022-01-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Plasmonic sensors with microfluidic channels
AT525192A1 (de) 2021-06-15 2023-01-15 Genspeed Biotech Gmbh Mikrofluidischer chip

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK142388A (da) * 1987-03-17 1988-09-18 Diagnostic Systems Inc Fremgangsmaade og apparat til detektering af analyter i fluidumproever, navnlig glucose i legemesvaesker
EP0653625B1 (en) * 1993-11-12 2002-09-11 Inverness Medical Switzerland GmbH Reading devices for teststrips
DE19611347A1 (de) * 1996-03-22 1997-09-25 Boehringer Mannheim Gmbh System zur quantitativen ortsaufgelösten Auswertung von Testelementen
US6784982B1 (en) * 1999-11-04 2004-08-31 Regents Of The University Of Minnesota Direct mapping of DNA chips to detector arrays
DE10036457A1 (de) * 2000-07-26 2002-02-14 Giesing Michael Verwendung eines bildgebenden photoelektrischen Flächensensors zur Auswertung von Biochips und Bildgebungsverfahren hierfür
US6949377B2 (en) * 2001-03-05 2005-09-27 Ho Winston Z Chemiluminescence-based microfluidic biochip
JP2003098068A (ja) * 2001-09-25 2003-04-03 Hitachi Ltd 平面型セル及びそれを用いた分析装置
US7524459B2 (en) * 2002-01-24 2009-04-28 California Institute Of Technology In Pasadena Optoelectronic and microfluidic integration for miniaturized spectroscopic devices
US7122153B2 (en) * 2003-01-08 2006-10-17 Ho Winston Z Self-contained microfluidic biochip and apparatus
CA2468014C (en) 2003-06-04 2016-03-22 Inverness Medical Switzerland Gmbh Flow sensing for determination of assay results
AT500855B1 (de) 2004-09-08 2006-04-15 Bioident Biometric Technologie Vorrichtung zum auswerten biochemischer proben
US7524672B2 (en) * 2004-09-22 2009-04-28 Sandia Corporation Microfluidic microarray systems and methods thereof
US7280201B2 (en) * 2004-12-17 2007-10-09 Avago Technologies General Ip Pte Ltd Sensor having integrated light detector and/or light source
FR2892196B1 (fr) * 2005-10-18 2008-06-20 Genewave Soc Par Actions Simpl Procede de fabrication d'un biocapteur a detection integree
EP1965919A2 (en) * 2005-11-11 2008-09-10 Molecular Vision Limited Microfluidic device
AT504919B1 (de) * 2007-02-15 2008-09-15 Nanoident Technologies Ag Durchlichtmessvorrichtung
GB0820889D0 (en) * 2008-11-14 2008-12-24 Univ St Andrews Optical detection system
EP4060325A1 (en) * 2009-12-07 2022-09-21 Meso Scale Technologies, LLC. Assay cartridge reader

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